流态化 二章.ppt

江苏大学能动学院 江苏大学能动学院 Fg—Fb= ma = m (du/dθ) (d) 这样颗粒与流体就产生一个相对运动，一旦产生相对运动，颗粒又会受到流体对颗粒的运动阻力，Fd曳力dray force其大小为 Fd=CDA(ρu2/2) 它的方向与颗粒运动方向相反，并随u增大而增大。 A为颗粒在垂直方于其运动方向平面上的投影面积 A=(π/4)d2 m2 所以，当颗粒产生相对运动时，颗粒受到的净力为 F = Fg—Fb—Fd (e) 沉降过程刚开始时，u=0, Fd=0,此时颗粒所受到向下的力最大，a 具有最大值 随着沉降开始，u逐渐增大，而Fg—Fb不变，颗粒受到向下方向的净力减少，沉降过程为一加速运动，当u增加到一定程度时，Fd增大，使得 F=0，此时m不为零，a = du/dθ =0，颗粒变为等速运动，（匀速运动），此后颗粒将一直保持此速度作相对运动，颗粒达到等速运动时的速度称为颗粒的沉降速度或终端速度。 = 式中Ut-颗粒终端速度，m/s； CD-曳力系数，无因次。 2．CD的求法 CD称作曳力系数，亦称摩擦因数。它反映颗粒运动时流体对颗粒的曳力(或摩擦阻力)，亦即当流体流过固体颗粒时(除浮力的影响之外)，使固体沿流动方向受到曳力的作用。 表面曳力：指流体沿颗粒表面的剪切力在流动方向上的分力，主要受颗粒表面性质的影响 形体曳力 ：是整个固体颗粒所受压力在流动方向上的分力，主要与颗粒大小及迎流横截面积有关 U小时，表面曳力 U大时，形体曳力 曳力的的因素有： 流体流速U，流体密度ρ、粘度μ，固体颗粒的大小、形状以及流体流动方向。 CD与Re的关系 把CD的关系式代入 以上公式针对球形颗粒，对非球形颗粒要进行修正 试差法（trial and error） 由于ut←→CD有关，而CD ←→Ret， Ret←→ut有关，由于ut为待求，Ret也就是未知数，所以 ut的计算需要用试差的方法求取，即先假定Ret （流型），选 ut 计算式计算，再用ut算 Ret ，是否与假定的流速一致，如一致则是正确，如不正确，则重新设定 Ret 。 Ut的求解 例题1 第二章 流化床的流体动力学基础 §2.1 流化床的流动特性 影响因素 床层流速 颗粒密度、所属种类、颗粒直径及其分布 颗粒密度和流化介质密度之间的差值大小是形成聚式还是散式流态化的直接原因之一 细颗粒物料的流态化状态图 吉尔达特(Geldart)等人密度差（ ）和平均粒径为特征参数将颗粒分四类 颗粒的分类 颗粒的分类 颗粒的分类 颗粒的分类 书上有错 A类： 细 粒径小，20~100um， (ρs - ρf ）1400kg／m3，起始流化时无气泡，Ub/Umf1。存在最大气泡的极限尺寸，颗粒流动性好。 大多数工业流化床反应使用的催化剂属于此类。 B类: 粗 粒度中等， 40~500um， (ρs - ρf ）=1400~ 4000kg／m3，起始流化时即发生气泡，Ub/Umf=1。床层膨胀不明显，不存在最大气泡的极限尺寸，且大多数气泡的上升速度高于颗粒间的气流速度。 鼓泡床大都用此颗粒 C类： 极细 颗粒尺寸很小（小于20μm)，以颗粒间的作用力(附着力及静电力等)大于气体对颗粒的作用力为特性，难于正常流化。 易产生沟流和腾涌 在气固催化反应中很少采用，但同相加工中采用较多，如明矾综合利用。 D类：极粗 大粒径、高密度 dp0.5mm 绝大多数的气泡(除最大的外)的上升速度都低于颗粒间的气流速度。不能稳定流化 在筛分较宽的情况下，会发生分层流化。 只适用于喷动床中，如谷物干燥和煤粒燃烧均属于此类 A B B D { { §2.2 床层压降与气流速度的关系 1．理想流态化 理想流态化具有以下特点： （1）有确定的临界流态化点和临界流态化速度Umf。当流速达Umf以后，整个颗粒床层开始流化； （2）床层压降为一常数； （3）流态化床层上界面平稳； （4）流化床层的空隙率在任何流速下，都具有一个代表性的均匀值，不因床层的位置和操作时间而变化，但随流速的变化而变化。 2.实际流态化 压降和流速的关系较复杂 ,偏离理想曲线 （1）存在一个“驼峰”BCD，原因：初始时颗粒排列紧密 （2）DE线右端向上倾斜，原因：颗粒间碰撞和颗粒与 器壁摩擦引起的损失 （3）有波动（气固系统），原因：气泡运动、破裂 主要表现： 流化逐