第二章 流化床流体动力学

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1、中国•南京第二章流化床流体动力学能源与环境学院SchoolofEnergy&Environment12010-11-16中国•南京§2.1流态化的基本特征和流化质量§2.1.1流化形成的条件•流体速度较低时，床层处于固定床状态，此时，流体流速与床层压降的关系可用Ergun公式（1949）表示。22Δ−Pu(1εμ)(1−ε)ρu=+1501.75f323Hεddvvε流体粘性力流体惯性力△P－床层压降;H－床高ε－床层空隙率;μ－流体动力粘度u－表观流速;dv－颗粒等体积当量直径ρ－流体密度f能源与

2、环境学院SchoolofEnergy&Environment22010-11-16中国•南京•随着流体速度的增加，粘性力项基本呈线性增加，△P不断增加。当床层压降△P等于单位床截面上的床料重量时，颗粒开始进入流化状态。•此后，如再增加流体流速，△P将不再变化，但颗粒间的距离会逐渐增加，使流体的流通面积增大，△P基本保持恒定。能源与环境学院SchoolofEnergy&Environment32010-11-16中国•南京形成流态化的基本条件：V有一个合适的开口容器－床体，容器底部为一流体分布器。V有

3、大小合适的足够的颗粒形成床层。粒径：dp=30μm～10mm，采用异比重床料时，dp可更大。床料量：床层过低时，床层的流化处于一种不稳定平衡态，很容易被破坏，形成“沟流”。V有连续供应的流体作为流化介质。Vu>umf流化数N=u/umf鼓泡流化床：N＝2.5～3.5N过小：流化不稳定N过大：杨析、夹带十分严重，甚至会将床料吹空。能源与环境学院SchoolofEnergy&Environment42010-11-16中国•南京流态化基本特征（1）具有液体性质；（2）床层压降△P＝单位床截面上的颗粒和流

4、体的重量（基本相等），即：Δ=Pg[ρερpf(1−+)ε]H能源与环境学院SchoolofEnergy&Environment52010-11-16中国•南京§2.1.2流化质量－聚式与散式流态化•从化学反应的角度而言，散式流态化最为理想。在此状态下，随着流速的提高，固体颗粒间的距离均匀增加，颗粒在流体中均匀分布，使得流体与颗粒间有均等的接触和反应时间。•在“液－固”流化床中，由于流体与颗粒的密度较接近，流化一般处于“散式态”。•对“气－固”系统，一般很难形成散式流态化，在绝大多数情况下均为聚式流

5、态化。•许多学者提出了若干准则数作为区分聚式流态化与散式流态化的判据。能源与环境学院SchoolofEnergy&Environment62010-11-16表2－1－1中国•南京以umf为特征速度的Froude数De：气泡或液泡的稳定尺寸能源与环境学院SchoolofEnergy&Environment72010-11-16表2－1－2中国•南京能源与环境学院SchoolofEnergy&Environment82010-11-16中国•南京•从试验对比结果看，上表中最后一个判据更准确些。Arpρ

6、−ρfDn=()()Remfρf颗粒和流体颗粒和流本身性质体密度的影响0≤Dn≤104：散式流态化104＜Dn≤106：过渡流态化Dn＞106：聚式流态化能源与环境学院SchoolofEnergy&Environment92010-11-16补充：Ar－阿基米德数中国•南京32Ar=−dpρfpf()ρρμg/fAr数与Re的关系可由Wen－Yu方程确定：mf2ArR=+1650Remf24.5(emf)－Re计算公式之一mf对小颗粒（Re＜20）:tAr/Re≈1650；mf对大颗粒（Re≥20）

7、：tAr/Re＝1650＋24.5Remfmf能源与环境学院SchoolofEnergy&Environment102010-11-16中国•南京在聚式流态化中存在有明显的两相：（1）气泡相（bubblephase）或称稀相（leanphase）－主要为气体;（2）颗粒相（particulatephase）或称密相（densephase）、乳化相（emulsionphase）－由颗粒及颗粒间的气体组成。能源与环境学院SchoolofEnergy&Environment112010-11-16中国•南

8、京§2.1.3床层压降与流体流速的关系；临界流化速度•当流体流速达到临界流化速度后，△P与流速的关系不再遵从Ergun公式。能源与环境学院SchoolofEnergy&Environment122010-11-16Fig2－001中国•南京均匀粒度沙粒床层的压降与气速的关系（ShiraiT.,1958）能源与环境学院SchoolofEnergy&Environment132010-11-16宽筛分粒度床层的压降与气速的关系中国•南京（石英砂，Dp=0.18-1.4mm