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固定床流体力学第1页，共29页，星期日，2025年，2月5日固定床中进行催化剂反应时，同时发生传热及传质过程，后两者又与流体在床层内的流动状况密切有关。为了研究固定床中化学反应的宏观反应过程，进行合理的反应器结构设计，必须先讨论固定床的传递过程，即固定床中的流体力学、传热及传质问题。第2页，共29页，星期日，2025年，2月5日1.非中空固体颗粒的当量直径及形状系数常用的非中空颗粒当量直径的表示方法有三种，即等体积圆球直径、等外表面积圆球直径和等比外表面积圆球直径。若以Sp和Vp表示非中空颗粒的外表面积和体积，按等体积圆球直径计算的当量直径可表示如下： (5-1)式（5-1）中Vp为与非中空颗粒等体积的圆球体积。一.固定床的物理特性第3页，共29页，星期日，2025年，2月5日按等外表面积圆球直径计算的当量直径Dp可表示如下： (5-2)式（5-2）中Sp为非中空颗粒等外表面积的圆球的外表面积。按等比外表面积圆球直径计算的当量直径ds可表示如下： (5-3)式（5-3）中Sv为与非中空颗粒等比外表面积的圆球比外表面积。第4页，共29页，星期日，2025年，2月5日再以SS表示与非中空颗粒等体积的圆球的外表面积，则 (5-4)因此，引入一个量纲1数，称为颗粒的形状系数，其值如下：(5-5)第5页，共29页，星期日，2025年，2月5日对于球形颗粒，=1；对于非球形颗粒，小于1。形状系数说明了颗粒形状与圆球的差异程度。形状系数可由颗粒的体积及外表面积算得。非中空颗粒的体积可由实验测得，或由其质量及密度计算。形状规则的颗粒，例如圆柱形颗粒，其外表面积可由直径及高求出；形状不规则的颗粒外表面积却难以直接测量，这时可测定由待测颗粒所组成的固定床压力降来计算形状系数。第6页，共29页，星期日，2025年，2月5日上述三种当量直径dv、Dp、ds与形状系数间的相互关系可表示如下 (5-6)及 (5-7)第7页，共29页，星期日，2025年，2月5日2.混合颗粒的平均直径及形状系数破碎成的碎块——形状不规则，大小也不均匀算术平均直径为 (5-8)di—两相邻筛孔净宽乘积的平方根；xi为直径di颗粒的质量分数。调和平均直径为(5-9)在固定床及流化床的流体力学中，用调和平均直径较为符合实验数据。大小不等形状各异的混合颗粒—由固定床△P计算。第8页，共29页，星期日，2025年，2月5日3.固定床的当量直径床层中颗粒的比表面积（不计入接触而减少的表面积）：(5-10)水力半径：固定床的当量直径：(5-11)床层由中空颗粒，如单孔环柱体，多通孔环柱体等组成时，不能使用式（5-11）。第9页，共29页，星期日，2025年，2月5日4.固定床的空隙率及径向流速分布?与下列因素有关：颗粒形状，颗粒的粒度分布，充填方式，dP/dt之比（壁效应）图5-13表达了上述关系，当dTdP时，壁效应可不计，一般工程上认为当di/dP≥8时，可不计壁效应。