【文章內(nèi)容簡介】 流動狀態(tài) Rep＜ ，又粉磨產(chǎn)品粒度分布符合 RRB分布， n=）固定床 ： 由大量顆粒裝填而成的顆粒床層（如懸浮液的過濾、流體通過填料層或固體催化劑床層的流動），由于流體以較小的流速從床層的空隙中流動，顆粒所受的阻力較小而使床層保持靜止?fàn)顟B(tài)，這樣的床層稱為固定床。固定床催化反應(yīng)器、固體懸浮液的過濾、吸附、離子交換器 、吸收塔等流化床 ： 流體自下而上流過顆粒層，顆粒懸浮在床層中進行劇烈的隨機運動。流體在顆粒固定床層中的透過流動現(xiàn)象透過流動：流體在固定顆粒床層空隙中的流動，即顆粒靜止，流體繞顆粒流動。固定床 ： 眾多固體顆粒堆積成的靜止顆粒層流化床 ：眾多固體顆粒懸浮于運動的流體中基 礎(chǔ) ：流體及顆粒間的相對運動，相互作用兩種流動 :流體相對顆粒流動 (外流流動 ) 流體受顆粒作用產(chǎn)生壓降，研究顆粒及流體性質(zhì)。流體在管道內(nèi)流動 (內(nèi)流流動 ) 流體受管壁粘性阻力，研究管道及流體性質(zhì)。相同點 ：同屬流體流動問題， 研究問題方法及規(guī)律性相似。顆粒床層的特性（ 1）流體在顆粒固定床中的空隙中流動，類似流體在許多不規(guī)則、相互交錯連通的孔道內(nèi)流動。（ 2）孔道的結(jié)構(gòu)與顆粒尺寸及分布、顆粒形狀和顆粒床層孔隙率有關(guān)；（ 3）流體通過固定床的壓降，由流體與顆粒表面之間的摩擦所產(chǎn)生。一 、固定床的基本特性二、 固定床的基本概念(1)床 層 的空隙率 :單 位體 積顆 粒床 層 中空隙的體 積為 床 層 的空隙率 ε， 即 ? 床 層 空隙率是 顆 粒床 層 的一個重要特性，它反映了床 層 中 顆 粒堆集的 緊 密程度，其大小與 顆 粒的形狀、粒度分布、裝填方法、床 層 直徑、所 處 的位置等有關(guān)。一般 顆 粒床 層 的空隙率 為 ～ 。 （ 2）床層的 平均 自由截面積 a床層中某一床層截面上空隙所占的截面積（即流體可以通過的截面積）與床層截面積的比值稱為床層的 平均 自由截面積。 對于亂堆的顆粒床層，顆粒的定位是隨機的，所以可認為堆成的床層各向同性 ，即從各個方位看，顆粒的堆積都是相同的。對于這樣的床層，其床層截面積在數(shù)值上與床層空隙率相等。同樣，由于壁效應(yīng)的影響，壁面附近的床層自由截面積較大。當(dāng) D/dp較小時，必須考慮壁效應(yīng)。對均勻的固定床層，則 a=ε（ 3）床層體積比面積單顆粒的比表面積Carman形狀系數(shù)， Dp顆粒等體積球當(dāng)量徑? 單位體積床層中顆粒的表面積稱為床層的比表面積。若忽略因顆粒相互接觸而減小的裸露面積，則床層的比表面積 與顆粒的比表面積 的關(guān)系為：影響床層的比表面積的主要因素：顆粒尺寸，一般，顆粒尺寸越小，床層的比表面積越大。（ 4）床層孔道的當(dāng)量直徑：Ψ c為 Carman形狀系數(shù)； Dp等體積球當(dāng)量徑（ 5）流體流過截面積為 A的顆粒床層時，其凈空（顆粒床層外）速度 與流體在床層內(nèi)孔道中的流速 關(guān)系（ 6）床層孔道長度 與床層高度 的關(guān)系：（ 7）床層壓降：引入流體力學(xué)管道壓降計算式（全流態(tài)）固定床的床層簡化模型（數(shù)學(xué)模型法） 流體通過固定床的阻力在數(shù)值上應(yīng)等于床層中所有顆粒所流體通過固定床的阻力在數(shù)值上應(yīng)等于床層中所有顆粒所受阻力的總和。受阻力的總和。 確定流體通過床層阻力的方法：實驗方法。確定流體通過床層阻力的方法：實驗方法。 目前比較通用的是采用模型化的方法：即把流體通過目前比較通用的是采用模型化的方法：即把流體通過顆粒床層的流動看成是通過具有一組平行細管、當(dāng)量直徑為顆粒床層的流動看成是通過具有一組平行細管、當(dāng)量直徑為 de的床層的流動。認為流體通過床層的阻力與通過這些小管的阻的床層的流動。認為流體通過床層的阻力與通過這些小管的阻力相等。力相等。 模模 型化方法的優(yōu)點：用簡化的模型來代替床層內(nèi)的真型化方法的優(yōu)點：用簡化的模型來代替床層內(nèi)的真實流動，便于用數(shù)學(xué)方法來處理，然后再通過實驗加以校正。實流動，便于用數(shù)學(xué)方法來處理，然后再通過實驗加以校正。 設(shè)床層內(nèi)為亂堆顆粒，床層各向同性，壁效應(yīng)和端效設(shè)床層內(nèi)為亂堆顆粒，床層各向同性，壁效應(yīng)和端效應(yīng)可忽略不計，仿照流體在管道中流動的情況，將實際顆粒床應(yīng)可忽略不計，仿照流體在管道中流動的情況，將實際顆粒床層簡化為下面的簡單模型。層簡化為下面的簡單模型。，孔道長度 與床層高度 成正比；，孔道內(nèi)全部流動空間等于床層空隙的容積。實際床層實際床層 簡化模型簡化模型假定 ：透過流動的壓降計算1.CarmanKozeny公式將上述三個公式帶入管道壓降公式或式中 λ為 孔道的摩擦系數(shù)引入修正顆粒雷偌數(shù) ：由于流體流過床層孔道時，流速和孔道尺寸均較小，故也較低，一般屬層流狀態(tài)，床層流速與壓力損失成線性關(guān)系 由泊肅葉（ Poiseuille）公式 得 CarmanKozeny關(guān)系式： 為 Kozeny常數(shù)。若確定，則透過流動速度與壓降的關(guān)系即可確定 。 上式變換得：層流時，修正摩擦系數(shù)與修正顆粒雷諾數(shù)之間的關(guān)系為：顆粒與流體之間的相對運動阻力皆與相對運動的流態(tài)有關(guān) Carman根據(jù)實驗得出修正摩擦系數(shù)與修正顆粒雷諾數(shù)之間，在全流態(tài)下的實驗關(guān)系為：上式表明，流體在顆粒固定床層中的運動阻力，由兩部分組成：流體相對顆粒作層流繞流時的黏性阻力和流體相對顆粒作湍流繞流時產(chǎn)生的渦流慣性阻力。（ 1）在層流區(qū) ：上式第一項黏性阻力占主要，第二項慣性阻力可忽略；（ 2）在湍流區(qū) ﹥ 1000:上式第二項慣性阻力占主要，第一項黏性阻力可忽略；（ 3）在過渡流區(qū)：式（ 543）黏性阻力和慣性阻力兩項皆計入 在修正顆粒雷諾數(shù) 時的層流狀態(tài)下，忽略上式中的第二項慣性阻力，可得 Kozeny常數(shù) 由此獲得層流狀態(tài)下，流體在顆粒固定床層中的流速與壓降的關(guān)系，即著名的 CarmanKozeny公式：其中CarmanKozeny公式常被作為顆粒堆積體的比表面積或空隙率測試的原理。2.Ergun公式具有均勻粒度的顆粒固定床壓降與流速關(guān)系： 由于Ergun公式中，流體在顆粒固定床層中的運動阻力由兩部分組成：流體相對顆粒作層流繞時的黏性阻力和流體相對顆粒作湍流繞流時產(chǎn)生的渦流慣性阻力。（ 1）在層流區(qū) ：第一項黏性阻力占主要，第二項慣性阻力可忽略；（ 2）在湍流區(qū) ：第二項慣性阻力占主要，第一項黏性阻力可忽略；（ 3）在過渡流區(qū) ：黏性阻力和慣性阻力兩項皆計入?！纠?45】 有一玉米淀粉水懸浮液，溫度 20℃ ，淀粉顆粒平均直徑為 15μm， 淀粉顆粒吸水后的密度為 1020kg /m179。 ，試求顆粒的沉降速度。 解：先假定沉降在層流區(qū)進行，即 已知 ： 查出 20℃ 的水的 將各值代入上式得： 檢驗 Re值 計算結(jié)果表明，與假設(shè)相符，故算得的 正確。 返回【例 46】 有一溫度為 25℃ 的水懸浮液，其中固體顆粒的密度為 1400kg/m3 ， 現(xiàn)測得其沉降速度為 m/s ， 試求固體顆粒的直徑。解： 先假設(shè)粒子在滯流區(qū)沉降，故可以用式（ Ⅱ ）求出其直徑，即： 已知： 查出 25℃ 水的密度 粘度 將各值代入上式得： 檢驗 Re值 返回? 1． 顆粒形狀對空隙率的影響？? 答：用均一的球形顆粒裝填床層時，其最松排列時的空隙率為 ，其最緊密排列時的空隙率為 ，用非均一顆粒裝填床層時的空隙率往往大于球形顆粒。粒度分布對床層空隙率的影響很大，由于小顆?？梢郧度氪箢w粒間的空隙，所以分布寬的混合顆粒的床層空隙率較小。? ? 2．裝填方法及條件對床層空隙率的影響？? 答：裝填床層時，若將顆粒直接裝入容器內(nèi)，則形成的床層較為緊密，如先在容器內(nèi)充