5-颗粒的沉降与流态化.pptVIP

二、旋风分离器 1. 结构与工作原理 重力沉降的不足与离心沉降的优势 设备体积小而分离效率高 上部为圆筒形、下部为圆锥形； 含尘气体从圆筒上侧的矩形进气管以切线方向进入 * 武汉工程大学化工原理课件 * 第5章 颗粒的沉降 5.1 概述 5.2 颗粒的沉降运动 5.3 沉降分离设备 5.1 概述 对流固两相物系,固体颗粒的密度ρP大于流体的密度ρ,固体颗粒与流体间便存在相对运动,许多化工过程与此种相对运动相联系 : ① 两相物系的沉降分离，其中依靠重力的称为重力沉降，依靠离心力的称为离心沉降。 ② 流固两相之间进行某种物理与化学过程，如固体物料的干燥（气流干燥、喷雾干燥、沸腾干燥）。 ③ 固体颗粒的流动输送。 对流-固两相物系内的相对运动规律是上述各过程设计计算的基础。 5.2 颗粒的沉降运动 5.2.1流体对固体颗粒的绕流 3. 固体颗粒与流体均运动，但保持一定的相对运动。 一、流体与颗粒之间的相对运动分类 1. 固体颗粒静止，流体对其做绕流； 2. 流体静止，颗粒作沉降运动； 只要相对运动速度相同，上述3种情况无本质区别 对流固系统，若固体颗粒尺寸较小或流体为液体时，阻力不可忽略，故先从流体对颗粒运动的阻力着手。 二、曳力 1.曳力: 当流体通过固体颗粒时，除浮力外使固体沿流动方向受到的力，叫做流体对固体的曳力。 2．两种曳力—表面曳力和形体曳力 剪应力τwsinα 研究对象：固体壁面上微元面积dA 在流动方向上的分量: 压力pcosα 剪应力τwsinα 压力 pcosα 沿全表面积分 浮力 形体曳力 表面曳力 ζ——无因次曳力系数，它与的函数关系随着颗粒形状和流体流动的相对方位而异。 Ap——颗粒在运动方向上的投影面积； 采用因次分析法确定曳力 对光滑圆球 无因次数群数 5-3=2 三、ζ的计算 1. 流体流过球形颗粒 层流区 (Stokes区) 过渡区 (Allen区) 湍流区 (牛顿区) 2 500 ① 层流区 Rep＜2 (Stokes区） ② 过渡区 2＜Rep＜500 Allen区 表面曳力占主导地位 不发生边界层分离 开始发生边界层分离 颗粒后部形成旋涡——尾流 尾流区压强低?形体曳力增大 ③ 湍流区 500＜Rep＜2×105 牛顿区 ④ 湍流边界层区 Rep＞2×105 形体阻力占主导地位，表面曳力可以忽略 阻力系数与Rep无关 阻力系数骤然下降 层流边界层?湍流边界层 分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降 Rep相同时，ψ愈小，ζ愈大，颗粒所受的曳力愈大。 ζ与Rep的关系因形状而异。 2. 流体流过非球形颗粒 一、固体颗粒在流体中的沉降运动 1．颗粒沉降运动中的受力分析 直径为dp，密度为?p的球形颗粒 (1) 场力 重力 离心力 5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降 (2) 浮力 重力场 离心力场 (3)曳力 沉降过程的两阶段： (1) 加速阶段 (2) 匀速阶段 沉降速度 —颗粒实际运动速度在径向上的分量 —方向：由圆心指向外 —轨迹：逐渐扩大的螺旋线 重力场 离心场 公式成立假定条件 —其它因素对ut的影响 ① 颗粒为球形； ② 颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰 ③ 容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略 ④ 颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响 说明：沉降速度本质上是流体与颗粒间的相对运动速度，与颗粒性质（粒径、密度、几何形状等）、流体性质（密度、黏度等）有关，而与流体速度无关。 二、沉降速度(或终端速度） 1.层流区(Stokes区) —Stokes公式 2. 过渡区(Allen区) 3. 湍流区(牛顿区) 4. Rep2?105 ?=0.1 *离心力场中的ut，将g替换为ar 三、沉降速度公式使用方法 1.事前能够确认流动区域，直接用对应公式 2. 流动区域不能确定，采用试差法 假定流动处于层流区 ut Rep2 是 否 换用相应区域公式 ut 验Rep 结束 一、降尘室 5.3 沉降分离设备 5.3.1重力沉降设备 降尘室 1—气体入口； 2—气体出口； 3—集尘斗 颗粒在降尘室中的运动 1.工作原理 气体入室?减速 颗粒一方面作沉降运动，另一方面随气体运动 沉降运动时间 气体停留时间 气体与固体颗粒分离 2. 颗粒分离出来的条件 降尘室最高点的颗粒降至底的时间 气流通过降尘室的时间 颗粒分离出来的条件 3. 处理能力 4. 能100%分离的最小颗粒为dpmin dpmin颗粒的沉降速度u