化 工 原 理清华大学 戴猷元教授
2003 年 2 月目 录绪论第一章 流体流动第二章 流体输送机械第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动第四章 非均相物系的分离第五章 传热第六章 蒸发总结第三章 流体通过颗粒及颗粒床层的流动第一节 概述第二节 流体通过颗粒的流动第三节 颗粒在流体中的流动第四节 流体通过颗粒床层流动第五节 固体流态化第三节 颗粒在流体中流动
2
32
()
42
4 ( ) / 3
( Re )
t
p p D p
t p p D
Dp
u
d g C d
u g d C
Cf
对于球形颗粒
6
存在 Δ?,在力场作用下存在相对运动一,重力沉降：加速 →等速 →终端速度 uｔ
2
0.6
0.6
5
24 / R e
( ) / 18,
2 R e 1000 18.5 / R e
0.27 ( ) R e /,
1000 R e 2 10 0.44
1.74 ( ) /,
D
tpp
Dp
t p p p
D
t p p
C
u d g St ok e s e q
C
u gd Al l e n e q
C
u gd N e w t on e q
1、层流区 ＝,
2、过渡区,＝
3、湍流区,＝
二,颗粒沉降的计算方法
2 3 2
1 2 3
2
1
R e 4 ( ) / 3
R e 4 ( ) / 3
R e R e ;
R e R e
D p p
D p t
p D t
t D p
C d g
C g u
d C u
u C d
查图查图
1,试差法 u t → 区域,CD → u t
2,通过不含 u t(d)的数群
3,无因次判据 K
32
32
3
2
5
Re 2
Re / ( ) / 1 8
( ) / 3 6
Re 1 0 0 0
()
Re 1,7 4 1 0 0 0
3,3 1 0
p
p p t p p
pp
p
pp
p
d u d g
d g K K
dg
K
层流区上限令,层流区同样，湍流区下限湍流区原讨论范围球形颗粒颗粒沉降互不干扰忽略器壁阻滞作用
ｄ不可过小 ｄ不小于 2～ 3?m
三,影响颗粒沉降的其它因素
1,非球形颗粒
Δ形体影响 de v,Φ→ CD
Δ沉降方位,以投影圆直径为 de
2,干扰沉降
Δ密度和粘度大于清液的悬浮体系中
（ 浮力,阻力变化 ）
Δ颗粒向下,流体向上补充,影响其它颗粒 ↓ hold up>10%
3,器壁影响 碰撞 D<100d 显著四,离心沉降 3 2 2
2
2
1
()
6
4 ( ) / 3
/
pp
tc p p D
C
CC
d r r g
u d r C
K r g
KK
,取代离心分离因素沉降速度：层流 倍；湍流 倍目 录绪论第一章 流体流动第二章 流体输送机械第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动第四章 非均相物系的分离第五章 传热第六章 蒸发总结第三章 流体通过颗粒及颗粒床层的流动第一节 概述第二节 流体通过颗粒的流动第三节 颗粒在流体中的流动第四节 流体通过颗粒床层流动第五节 固体流态化第四节 流体通过颗粒床层流动一,颗粒床层特性
1?
床层总体积－颗粒总体积
、孔隙率,＝
床层总体积
ε的影响因素大小分布,不均匀 ε↓
dP/D↓ ε↓
形状,（ 表面粗糙度 ） Ф↓ε↑
充填方式 乱堆,振动 ε↓
湿堆 ε↑
2,床层各向同性：
各颗粒的定向性是随机的横截面上 自由截面 /床截面＝ ε (壁效应,ε↑，
u↑,适当 ↓d P/D)
3,床层比表面
( 1 )B
a
aa?
颗粒体积床层体积二、流体通过颗粒床层的流动流道弯曲，截面变化，流动方向不同模型法：长度为 Le一组平行管细管表面积＝全部表面积细管全部流动空间＝ ε· 总体积
1,床层当量直径
44
44
()
( 1 ) 6 ( 1 )
eB
B
ea
d
a
d
a
ea
流道截面积 体积
＝
润湿周边 体积
＝
主要与d 有关
2
1
1
'2
3
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4
)
( 1 )
( 1 )
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f
eB
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f
f
L u
p
d
u
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（,,
（,忽略位头）
2,流体通过床层的压降三,模型参数估值
1
( R e )
Re
4 ( 1 )
Re
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B
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du u
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3
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4.17 6
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Re
B
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B
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K oze ny
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u
L
Erg un d
a
,公式：,滞流
＝，
,公式,＝ +0,29，
22
3 2 3
( 1 ) 1
150 1.75
()
R e 6( 1 ) R e
R e 10( )
R e 10 00 ( )
f
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pB
pp
pp
p uu
L d d
du
d
d
小 第二项略；
大 第一项略四,因次分析法与数学模型法
1,列出主要影响因素通过无因次化减少变量数实验求取变量关系
2,真实过程 物理模型物理模型的数学描述实验检验,参数估值模型,简单,不失真?某方面等效目的,压降特性,爬流,阻力与表面关系
2003 年 2 月目 录绪论第一章 流体流动第二章 流体输送机械第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动第四章 非均相物系的分离第五章 传热第六章 蒸发总结第三章 流体通过颗粒及颗粒床层的流动第一节 概述第二节 流体通过颗粒的流动第三节 颗粒在流体中的流动第四节 流体通过颗粒床层流动第五节 固体流态化第三节 颗粒在流体中流动
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1,试差法 u t → 区域,CD → u t
2,通过不含 u t(d)的数群
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三,影响颗粒沉降的其它因素
1,非球形颗粒
Δ形体影响 de v,Φ→ CD
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2,干扰沉降
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（ 浮力,阻力变化 ）
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1?
床层总体积－颗粒总体积
、孔隙率,＝
床层总体积
ε的影响因素大小分布,不均匀 ε↓
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形状,（ 表面粗糙度 ） Ф↓ε↑
充填方式 乱堆,振动 ε↓
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2,床层各向同性：
各颗粒的定向性是随机的横截面上 自由截面 /床截面＝ ε (壁效应,ε↑，
u↑,适当 ↓d P/D)
3,床层比表面
( 1 )B
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颗粒体积床层体积二、流体通过颗粒床层的流动流道弯曲，截面变化，流动方向不同模型法：长度为 Le一组平行管细管表面积＝全部表面积细管全部流动空间＝ ε· 总体积
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大 第一项略四,因次分析法与数学模型法
1,列出主要影响因素通过无因次化减少变量数实验求取变量关系
2,真实过程 物理模型物理模型的数学描述实验检验,参数估值模型,简单,不失真?某方面等效目的,压降特性,爬流,阻力与表面关系
