第五章 颗粒的沉降与流态化

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1、第一节概述本章考察流固两相物系中固体颗粒与流体之间的相对运动第五章颗粒的沉降与流态化流体相对颗粒的流动第一节概述第二节颗粒的沉降运动流体绕过颗粒的流动颗粒在流体中的流动第三节沉降分离设备第四节固体流态化技术第五节气力输送流体通过颗粒床层的流动过滤重力沉降离心沉降机械分离固体颗粒与流体间的相对运动在化工生产中的应用有：（1）两相物系的沉降分离—重力沉降、离心沉降（2）流固相之间进行的物理-化学过程—固体物料的干燥、粉状矿物的焙烧、催化反应（3）固体颗粒的流动运输流固两相物系内的相对运动规律是上述各过程设计计算的基础本章重点：颗粒沉降速度与沉降设备计

2、算本章难点：流化床的主要特性一.流体对固体颗粒的绕流第二节颗粒的沉降运动单颗粒（或充分分散、互不干扰的颗粒群）在流体中自由沉降时所受合力为：Fg=FD+Fb●流体对固体颗粒的绕流Fb重力曳力（阻力）浮力=+曳力FD：流体对颗粒的作用力FD●静止流体中颗粒的自由沉降合力为零时，加速度为零，颗粒与流体Fg之间将保持一个稳定的相对速度。●沉降速度的讨论与应用duma=m==∑FFg−FD−=Fb0dt颗粒与流体无相对运动则无曳力存在，而浮力始终存在；当流体对固体颗粒作绕流运动时，颗粒就受到流体的曳力。1曳力FD：流体对颗粒的作用力总曳力与流体的密度、粘

3、度、流动速度有关，同时受颗粒形状的影响，问题较为复杂。至今，只有几何形状简单的少数例子获得曳力的理论计算式，例如粘性流体对圆球的低速绕流（爬流Re<2）。12FAu=ξρ；曳力系数ξϕ=()ReDpp242当时R<=2，ξ斯托克斯区（层流区）epRduρep颗粒雷诺数Re=Pp18.5μ当时Rep==2~500，ξ0.6阿仑区（过渡区）RepAp取颗粒最大投影面积，ReP中的dp取体积当量直径。当时R>=500，ξ0.44ep牛顿区：与Rep无关，当R极大时，ξ=0.1相当于阻力平方区epdu二、静止流体中颗粒的自由沉降重力场中：FFFm−−==

4、bDamdτ物理学自由落体不考虑阻力，颗粒沉降必须考虑阻力。duρpp−ρξA2即ag==()−ρudmτρ2化工中感兴趣的是小颗粒，不能忽略阻力。p力与运动关系——牛顿第二定律颗粒的净重曳力项π2场力FFmg=gFb对球形颗粒Adpp=4F−−FFbDmFDmV==ρρπd3du浮力FFbb=ρgppp==mamρ6dτpFg曳力FF=ξρAu()12duρp−ρ3ξ2DDp2所以ag==()−ρuddτρ4ρppp沉降的加速阶段与等速阶段u三、沉降速度的讨论与应用duρp−ρ3ξ2ag==()−ρuutddτρ4ρ1、沉降速度计算公式（重力场

5、中）ppp加速段匀速段颗粒的净重曳力项tduρp−ρ3ξ2Q匀速沉降，ag==−=（)0ρuddτρ4ρ小颗粒开始时加速，随着下降速度的不断增加，曳力项逐渐增ppp大，加速度逐渐减小。当下降速度增至一定值时，曳力等于颗粒在流体中的净重，此时加速度等于零，颗粒将以速度ut匀速4(ρρp−)gdp即u=t继续下降。ut称为颗粒的沉降速度或终端速度。小颗粒的加3ρξ速阶段很短，可以忽略，近似认为以ut下降。⎛⎞duρξφ==（）Rφ⎜⎟Pt沉降阶段包括两个过程：加速阶段与匀速阶段，终端速度为ep⎝⎠μ匀速沉降速度ut。22gd()ρ−ρppu=（1）颗

6、粒直径小，处于斯托克斯定律区讨论：t18μgd2()ρ−ρ⑴对确定的流固系统物性数据、、为定值,ρμρ24ppP将ξ=代入，u=Retufd=（）p18μtp气体先冷却后除尘温度对粘（2）颗粒直径较大，处于牛顿定律区μ大，ut小度的影响液体先除尘后冷却⑵对的utρ气体基本无影响，总是小量；液体要考虑dg()ρ−ρpp以ξ=0.44代入，u=1.74讨论：tρ10倍的影响左右ρpd影响最大，平方关系p2、流体流动的方向与颗粒运动3、沉降速度公式的应用⑴用颗粒沉降速度ut测颗粒直径dp；见P147例5-1流体作水平运动颗粒运动轨迹⑵用颗粒沉降速度ut

7、测流体粘度μ；见P147例5-2流体向上运动uu>↑上浮t4、其它因素对沉降速度的影响·uuup=−tuu

8、子热运动：直径很小的颗粒受此影响。离心沉降重力沉降设备离心沉降设备1、降沉室1、旋风分离器2、增稠器2、转鼓式离心机3、分级器3一、重力