流体通过颗粒及颗粒层的流动
Key words：Equivalent diameter,Specific surface,Drag coefficient
概述
固定床反应器
流化床反应器
化工单元中经常遇到→多相流 过滤
吸附－离子交换
沉降
······
单颗粒的特性及表征：
大小
颗粒的特性 表面积
形状
1、对于球形颗粒，只用直径dP 可以表征
V＝ S= a=
2、对于非球形颗粒,当量直径
球形度
dev=，des=，dea= ，dea==
令<1,称作球形度；
两个参数,dev、 V=(π/6)dev3，S＝，a=
正方体 ＝0.805，直径与高相等圆柱0.874，一般在0.6~0.7之间。
颗粒群的特性及表征：
粒度分布,
dp < dpi 的质量分率为Fi，
d pmax处 F=1.0
（F：粒度分布函数）
（f：粒度分布密度函数）
2、平均直径：利用体积表面积直径：
球形：
代入：
非球形,
3、分形维：(分数的，碎的)
海岸线、山脉、粗糙断面，极不规则
二维平面
D维客体，N最小数，σ截面积
流体通过颗粒的流动曳力和曳力系数
曳力：固体颗粒流动方向受到的力
FD = f (L,u,p,()，u相对速度
光滑球体： A p 流动方向投影面积
Rep 颗粒Re数＝
流体通过球形颗粒：
速度很小：爬流 表面曳力占2/3，形体曳力占1/3
实验求得：
① 层流区
⑵ 过渡区 2<Rep<1000
③ 湍流区 1000<
④ 湍流边界层区 (边界层分离点后移)
流体通过不规则颗粒以不同值，~关系，
颗粒在流体中流动
Key words：Terminal velocity,Gravity settling process,Centrifugal settling process,Porosity,Pressure drop in bed
重力沉降：存在Δ(，在力场作用下存在相对运动，加速 → 等速→ 终端速度ut
对于球形颗粒：
⑴ 层流区：，
⑵ 过渡区 ,
⑶ 湍流区 ,
颗粒沉降的计算方法
⑴ 试差法 u t → 区域，CD → u t
⑵ 通过不含u t(d)的数群：
⑶ 无因次判据K
层流区上限
令 层流区
同样，湍流区下限
湍流区影响颗粒沉降的其它因素原讨论范围 ① 球形颗粒
② 颗粒沉降互不干扰
③ 忽略器壁阻滞作用
④ ｄ不可过小 ｄ不小于2～3
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↑）
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 显著离心沉降
，取代ｇ
离心分离因数
沉降速度：层流 KC倍； 湍流 倍
第四节 流体通过颗粒床层流动颗粒床层特性：
1、空隙率：
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
流体通过固体床层的流动：
< 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：
主要与有关
2、流体通过床层的压降：
三、模型参数估值：
,
① Kozeny 公式：ReB<2,滞流，，
② Ergun 公式：+0.29,
()
四、因次分析法与数学模型法：
列出主要影响因素 真实过程 物理模型
通过无因次化减少变量数 物理模型的数学描述
实验求取变量关系 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
固体流态化
大量固体颗粒，由于流体流动悬浮于流体之中。
流态化基本概念：
垂直圆筒中装填均匀颗粒：
① 固定床阶段 ｕ较低
L为常数
② 流化床阶段
，若(界面上升、稳定)，明显上界面，不变
③ 气力输送 u=ut
二、实际流化现象：
1、散式流化床：均匀分布于流体之中，随机运动，界面清晰。
2、聚式流化床：空穴运动，上方颗粒被推开，空穴的合并和移动，界面不清。
3、腾涌、节涌和沟流
广义流态化指：非固定床流固系统。
三、流化床特点
轻物浮起
表面水平
① 液体性质 颗粒流出
连通床面水平
Δp=W/A
② 运动及混合
③ 碰撞及粉碎
④ 比表面积
⑤ 停留时间问题四、最小流化速度及带出速度
1、
取
取
2、带出速度：u=ut
对于大小不均匀分布 d → ut,d取值应比大多数d小
小颗粒
大颗粒 粒径小的操作范围宽
Key words：Equivalent diameter,Specific surface,Drag coefficient
概述
固定床反应器
流化床反应器
化工单元中经常遇到→多相流 过滤
吸附－离子交换
沉降
······
单颗粒的特性及表征：
大小
颗粒的特性 表面积
形状
1、对于球形颗粒，只用直径dP 可以表征
V＝ S= a=
2、对于非球形颗粒,当量直径
球形度
dev=，des=，dea= ，dea==
令<1,称作球形度；
两个参数,dev、 V=(π/6)dev3，S＝，a=
正方体 ＝0.805，直径与高相等圆柱0.874，一般在0.6~0.7之间。
颗粒群的特性及表征：
粒度分布,
dp < dpi 的质量分率为Fi，
d pmax处 F=1.0
（F：粒度分布函数）
（f：粒度分布密度函数）
2、平均直径：利用体积表面积直径：
球形：
代入：
非球形,
3、分形维：(分数的，碎的)
海岸线、山脉、粗糙断面，极不规则
二维平面
D维客体，N最小数，σ截面积
流体通过颗粒的流动曳力和曳力系数
曳力：固体颗粒流动方向受到的力
FD = f (L,u,p,()，u相对速度
光滑球体： A p 流动方向投影面积
Rep 颗粒Re数＝
流体通过球形颗粒：
速度很小：爬流 表面曳力占2/3，形体曳力占1/3
实验求得：
① 层流区
⑵ 过渡区 2<Rep<1000
③ 湍流区 1000<
④ 湍流边界层区 (边界层分离点后移)
流体通过不规则颗粒以不同值，~关系，
颗粒在流体中流动
Key words：Terminal velocity,Gravity settling process,Centrifugal settling process,Porosity,Pressure drop in bed
重力沉降：存在Δ(，在力场作用下存在相对运动，加速 → 等速→ 终端速度ut
对于球形颗粒：
⑴ 层流区：，
⑵ 过渡区 ,
⑶ 湍流区 ,
颗粒沉降的计算方法
⑴ 试差法 u t → 区域，CD → u t
⑵ 通过不含u t(d)的数群：
⑶ 无因次判据K
层流区上限
令 层流区
同样，湍流区下限
湍流区影响颗粒沉降的其它因素原讨论范围 ① 球形颗粒
② 颗粒沉降互不干扰
③ 忽略器壁阻滞作用
④ ｄ不可过小 ｄ不小于2～3
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↑）
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 显著离心沉降
，取代ｇ
离心分离因数
沉降速度：层流 KC倍； 湍流 倍
第四节 流体通过颗粒床层流动颗粒床层特性：
1、空隙率：
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
流体通过固体床层的流动：
< 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：
主要与有关
2、流体通过床层的压降：
三、模型参数估值：
,
① Kozeny 公式：ReB<2,滞流，，
② Ergun 公式：+0.29,
()
四、因次分析法与数学模型法：
列出主要影响因素 真实过程 物理模型
通过无因次化减少变量数 物理模型的数学描述
实验求取变量关系 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
固体流态化
大量固体颗粒，由于流体流动悬浮于流体之中。
流态化基本概念：
垂直圆筒中装填均匀颗粒：
① 固定床阶段 ｕ较低
L为常数
② 流化床阶段
，若(界面上升、稳定)，明显上界面，不变
③ 气力输送 u=ut
二、实际流化现象：
1、散式流化床：均匀分布于流体之中，随机运动，界面清晰。
2、聚式流化床：空穴运动，上方颗粒被推开，空穴的合并和移动，界面不清。
3、腾涌、节涌和沟流
广义流态化指：非固定床流固系统。
三、流化床特点
轻物浮起
表面水平
① 液体性质 颗粒流出
连通床面水平
Δp=W/A
② 运动及混合
③ 碰撞及粉碎
④ 比表面积
⑤ 停留时间问题四、最小流化速度及带出速度
1、
取
取
2、带出速度：u=ut
对于大小不均匀分布 d → ut,d取值应比大多数d小
小颗粒
大颗粒 粒径小的操作范围宽
