冶金中的特殊流动7.docVIP

第 15 次课 课题：冶金中的特殊流动（2学时） 一、本课的基本要求 ⒈ 了解气固两相流动的三种流动状态。 ⒉ 了解料层孔隙度及料块比表面积的概念。 ⒊ 掌握埃根方程的应用 二、本课的重点、难点 重点：埃根方程的应用。 难点：埃根方程的推导及应用。 三、作业 思考题：高炉强化冶炼措施之一：高压操作的理论依据？ 四、教参及教具 《动量、热量、质量传输原理》 高家锐主编 重庆大学出版社 第7章 冶金中的特殊流动 主要介绍两相流动和热气体的流动。两相流动：气-液两相，气-固两相共同存在时的流动。 固相：粒状的固体料块和由料块堆集的散料层，气-固两相流动可视为气体通过料块或散料层的流动。 举例：炼铁生产过程的下降炉料与上升煤气的流动，喷粉气动输送过程。 气-固两相流动的三种状态：气体自下而上流过单个料块（直径为ds） 料块重力： N 料块浮力： N 料块净下降力 N 气体对料块的拖力（） N 显然，当气固两相流动系统的作用力平衡条件改变时，可由一种流动状态向另一种转变。 7.1 气体通过固定料层的流动 目的：求解气体通过散料层的阻力损失，即气体通过散料层产生的压力降。 方法：管束理论，将气体所通过的料层中不规则的孔隙通道看成由平行导管并联而成的管束，先按管束过流情况从理论上确定阻力损失或气流压降，再按料层特性因素由实验方法给以补正，确定出实际料层的压降公式。 1．几个有关的定义 ① 料层孔隙的当量直径： (1) Vb(料层孔隙的总体积；Ab(料层孔隙的总表面积。 ② 孔隙度： (2) Va(料层总体积；A(料层孔隙的总截面积；A0(料层的总截面积； (3) VS(料块的总体积。 ③ 料块的比表面积： 单位体积料块所具有的孔隙表面积，以S0表示，则 (4) ④ 截面空速： 实际 (5) 将(2)、(4)代入(1)得： (6) 2．埃根方程 根据管流摩阻的解析式， P45 (3-15) 可将作为管束看待的散料层压降表达为： (7) k(待定阻力系数。 (5)、(6)代入(7) 将上式改写为 (修正阻力系数；(修正雷诺准数。 通过实验确定 (8) 埃根（S.Ergun）等人通过大量的实验工作获得： 将fC及ReC代入(9)式，整理得： (10) 均匀球形料块：，代入上式得 埃根方程 (11) 3．埃根方程的修正 根据散料层的特性（S0）① 料层孔隙度( 与料块的形状、颗粒的组成、料块的排列方式有关。一般均由实验方法确定。 ② 料块比表面积S0及形状系数( 均匀球形料块： 例如：高炉炼铁的矿石、焦炭、石灰等都不是球形，都有一定的形状系数。 均匀非球形料块： dp(同体积球体直径。 粒度大小不等的非球形料块： (平均筛分直径；xi(质量分率，di(两筛孔的平均直径。 直径小于((m) 50 75 100 125 150 175 360克质量(g) 0 60 180 270 330 360 代入(10)式得： 埃根方程的另一形式 (12) dp不易确定，计算结果近似，较为实际的方法是以(10)式直接计算压降，而料块的S0则通过实验确定。 ③ 围壁效应 现象：高炉上料时的自动筛分现象。 边缘：(大，气流多。 中心：(小，气流少。 引起气流分布不均(围壁效应。 通过实验得出围壁效应对埃根方程的影响，由实验结果可知： 设计高炉时，应注意避免围壁效应(矮胖型。 4．埃根方程的应用 高炉生产。例如：计算气体通过散料层的流量及压降、料层的透气性指数；分析气体压力对散料层压降的影响。 ① 气体通过散料层的流量 气体通过散料层一般为紊流状态，则由(10)式得 即 料层结构一定 m/s 气体流量 m3/s kD(料层渗透系数，由实验确定。 ② 散料层的透气性指数 透气性指数说明散料层气体流量与压降的特征关系。在紊流条件下，由(12)式得 或 (料层的透气性指数。 显然，当k一定时，料层透气性指数仅与(有关。(除供料条件外，与操作制度有关