【食品工程原理课件】第三章机械分离.docVIP

第三章 机械分离 总学时：5 【】【考核知识点和考核要求】 了解：理解：掌握：【本节课时分配】节 【具体讲授内容】将流体流经管壁面时所受到的壁面剪应力与流体的动量通量直接关联。（单位体积） 流体与分散于其中的固体颗粒之间的相对运动也可参照上述公式。考虑到颗粒表面的复杂性，不用剪应力而用颗粒总曳力代替，将定义为颗粒在流体流动方向上的投影面积，用曳力系数代替范宁摩擦因子。 这样就有：（——流体与颗粒的相对速度，m/s） 上式曳力系数是颗粒雷诺数的函数，的定义为： =（——颗粒直径） 曳力系数是颗粒雷诺数见下图。（其中1代表球形颗粒，） 该曲线分为四个区域，每个区域可用相应的公式表示。 （1），为层流区： 1.颗粒在滞流区沉降时，介质对颗粒的阻力系数ζ与沉降雷诺数Rep的关系为（ ）。 （2），为过渡区： （3），为湍流区： （4），为湍流边界层区。曳力系数下降呈不规则的变化，大约保持在0.1。 （二）颗粒的自由沉降与沉降速度（理解，掌握） 球形颗粒在流体中的受力有： 向下的重力：（颗粒直径；颗粒密度） 向上的浮力：（流体的密度） 向上的曳力： 分析：颗粒所受的重力和浮力均与流速无关，但曳力与流速有关。随着流速的增加，颗粒所受曳力增加，颗粒沉降的加速度随之逐渐减小。当达到合力为0时，加速度降为0，颗粒与流体之间保持匀速运动，这个速度称为颗粒的沉降速度（）。 当匀速时，三力之间存在以下关系： =+ 整理得： 根据曳力系数在不同的雷诺数区域内表示式不同，分别代入上式得： （1），为层流区： （斯托克斯公式） 1．一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律沉降，若空气温度由20℃升至50℃，则其沉降速度将（ ）。(上升/下降/不变) （2），为过渡区： （阿伦公式） （3），为湍流区： （牛顿公式） 三个区域的公式要求记住。 由于在计算出之前，的大小也未知。所以计算沉降速度常用试差法。 方法：先假设沉降在某一区域，根据相应的公式，计算沉降速度，然后检验是否在该区域。 （一般当颗粒直径较小时，其沉降通常处于层流区） 颗粒在流体中的沉降速度是颗粒在流体中的相对速度。颗粒在流体中的绝对速度与流体的流动状态直接相关，当流体以流速向上流动时，三个速度之间的关系为： =-（注意：向上流动为正） 当=0时（流体静止），=-颗粒向下运动；当=时，=0，颗粒静止地悬浮在流体中；而当＞时，＞0颗粒向上运动；当＜时，＜0颗粒向下运动。 例题：直径为100μm的少量玻璃珠分散于20℃清水中，已知玻璃珠的密度=2500kg/m3，水的密度=998.2 kg/m3，水的黏度=0.001Pa·s。试求（1）玻璃珠的沉降速度；（2）若水以0.02m/s的速度向上流动，水中玻璃珠的绝对速度是多少？ =0.00818m/s 核对 =0.817＜1 可见层流假设成立。 （2）=-=0.02-0.00818=0.0182m/s 说明玻璃珠在流体中以绝对速度0.0182m/s向上运动 注意：一般考试时都是在层流。 （三）非球形颗粒的当量直径与形态系数（了解） 1、当量直径 （1）等体积当量直径 （2）等表面积当量直径 2、形状系数 （将球形颗粒的比表面积与体积相等的非球形颗粒比表面积之比） 非球形颗粒＜1，体积相同时，比表面积相差越大，球形度越小。球形度越小，曳力系数越大，说明颗粒所受的曳力越大。 1.球形粒子的球形度Φ( )；非球形粒子的球形度Φ（ ）。 A. 等于1； B. 小于1； C. 大于1 第二节 沉降 【考核知识点和考核要求】 了解：理解：掌握：【本节课时分配】节 【具体讲授内容】，由公式可知道：沉降速度正比于沉降推动力和颗粒粒径的平方。沉降速度决定了两相分离的难易程度。 低密度的细颗粒难分离。 干扰沉降——当流体中颗粒的含量较高时，只要所含颗粒粒径大小相差不超过6倍，颗粒沉降时会彼此相互影响，所有的颗粒将以大致相同的速度沉降，此时颗粒的沉降为干扰沉降。 主要原因是颗粒与颗粒之间相互碰撞产生动量交换，使大颗粒沉降受阻滞而小颗粒被加速。 1.颗粒的自由沉降速度ut小于其干扰沉降速度。（ ） 2.自由沉降的意思是( )。 (A)颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计 (B)颗粒开始的降落速度为零，没有附加一个初始速度 (C)颗粒在降落的方向上只受重力作用，没有离心力等的作用 (D)颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程 （二）降尘室（掌握） 当含粉尘的气体通过降尘室时，固体粒子一方面随气流向前运动，一方面向下沉降。若气流以均匀速度向前运动，则粒子的运动轨迹为抛物线。为使尘粒在离开降尘室前就沉降至器底，应有： （1） 在此条件下：降尘室的生产能力（2） 由上式：降尘室的生产能力与其