5.颗粒的沉降和流态化

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1、5.颗粒的沉降和流态化5.1概述5.2颗粒的沉降运动5.3沉降分离设备5.4固体流态化技术（略）5.5气力输送（略）化工原理5.颗粒的沉降和流态化1、本章学习的知识点重力沉降与离心沉降基本公式；降尘室、沉降槽、旋风分离器的结构、工作原理及降尘室生产能力，旋风分离临界直径的计算；颗粒分级概念；粒级效率的概念。2、本章学习的重点重力沉降与离心沉降基本公式；旋风分离器结构、工作原理。3、本章学习的难点颗粒分级概念；粒级效率的概念。5.颗粒的沉降和流态化催化反应（流化床反应器）5.1概述一、研究的内容流体—固体两相物系间

2、的相对运动规律。二、涉及流固相对运动的化工过程5.颗粒的沉降和流态化1、两相物系的沉降分离重力沉降：依靠重力离心沉降：依靠离心力2、某些物理和化学过程固体物料的干燥粉状矿物的焙烧3、固体颗粒的流动输送：气力输送。5.1概述二、相对运动的特殊性5.颗粒的沉降和流态化相对运动包括颗粒静止、流体绕流流体静止，颗粒沉降两者都运动，并保持一定相对速度就流体对颗粒的作用力来说，只要相对速度相同，三者无本质区别。流动方式粘性引起的阻力感兴趣的问题区别管流固体对流体的阻力阻力损失（外部问题）作用力的结果绕流流体对固体的阻力阻力（

3、内部问题）作用力本身5.1概述问题：自由落体运动考不考虑空气阻力？问题：为什么自由落体运动不考虑空气阻力，而颗粒沉降等却偏偏对阻力感兴趣呢？答：返回5.颗粒的沉降和流态化5.2颗粒的沉降运动5.2.1流体对固体颗粒的绕流5.2.2静止流体中颗粒的自由沉降返回5.颗粒的沉降和流态化5.2.1流体对固体颗粒的绕流一、两种曳力(Drag)—表面曳力和形体曳力回顾第1章流体沿固体壁面流过的阻力分为两类：表面阻力（即表面摩擦阻力）和形体阻力（边界层分离产生旋涡），绕流时颗粒受到流体的总曳力，即：=表面曳力+形体曳力表面力表

4、面相切剪力表面垂直压力ppdA剪力压力5.颗粒的沉降和流态化5.2.1流体对固体颗粒的绕流流动方向上总表面力：由剪力产生的由压力产生的形体曳力表面曳力颗粒所受的浮力5.颗粒的沉降和流态化5.2.1流体对固体颗粒的绕流流体对固体颗粒作绕流运动时，在流动方向上对颗粒施加一个总曳力，其数值等于表面曳力和形体曳力之和。注：理想流体和无相对运动的流体，其总曳力FD=0，但是颗粒仍有浮力作用在其上。说明：1、，其问题较为复杂，难以理论计算求出。2、几何形状对称的固体颗粒：在流动垂直方向上的FD=05.颗粒的沉降和流态

5、化5.2.1流体对固体颗粒的绕流3、几何形状不对称的固体颗粒：在流动垂直方向上的FD不等于0二、曳力系数(Dragcoefficient)—对光滑圆球析因分析：，与颗粒形状和定向无关。5.颗粒的沉降和流态化5.2.1流体对固体颗粒的绕流与关系的实验测定结果见图。5.颗粒的沉降和流态化5.2.1流体对固体颗粒的绕流对于球形颗粒()，层流区，斯托克斯(Sokes)定律区，也称爬流区，其，阿仑(Allen)区，，牛顿(Newton)定律区，注意：定义与第1章不同，判别流型值亦不同！5.颗粒的沉降和流态化5.2.1流体对

6、固体颗粒的绕流流体绕球形颗粒流动时的边界层分离2、，边界开始脱体，形状曳力的存在并不以边界层脱体为前提。脱体点在5.颗粒的沉降和流态化5.2.1流体对固体颗粒的绕流问题：影响FD为什么是用Ap而不是A？答：一旦发生脱体，表面曳力<<形体曳力，用A不能使返回5.颗粒的沉降和流态化5.2.2静止流体中颗粒的自由沉降前提：一、沉降的加速阶段：设初始速度等于0。在沉降过程中颗粒的受力如下：FDFgFb1、体积力：重力场：离心力：其中：对于球形颗粒：2、浮力：重力场：离心力：3、曳力：5.颗粒的沉降和流态化5.2.2静止流

7、体中颗粒的自由沉降根据牛顿第二定律：若在重力场中。若在离心力中，把重力场中公式中的g用代替即可。5.颗粒的沉降和流态化5.2.2静止流体中颗粒的自由沉降二、沉降的等速阶段5.颗粒的沉降和流态化球形颗粒：即：式中：5.2.2静止流体中颗粒的自由沉降将不同的数值代入得：5.颗粒的沉降和流态化，层流区，斯托克斯(Sokes)定律区，，阿仑区，，牛顿(Newton)定律区，与u无关。5.2.2静止流体中颗粒的自由沉降三、颗粒的沉降运动沉降的两个阶段：加速阶段、等速阶段。5.颗粒的沉降和流态化1、流体静止：小颗粒加速阶段可

8、忽略，近似认为始终以ut下降。2、流体做水平运动：颗粒以与流体相同的速度作水平运动，又以ut垂直向下。（若不相同，则有一个加速度，小颗粒加速度很短，可忽略。）3、流体以一定的速度向上运动颗粒绝对速度：5.2.2静止流体中颗粒的自由沉降四、沉降速度的计算与应用1、计算5.颗粒的沉降和流态化解方程组，非线性，需试差求解方法：首先假定在斯托克斯定律区，取，再校验Rep<2；否则