【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 流動(dòng)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(guò)濾、流體通過(guò)填料層或固體催化劑床層的流動(dòng)），由于流體以較小的流速?gòu)拇矊拥目障吨辛鲃?dòng)，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(guò)濾、吸附、離子交換器 、吸收塔等流化床 ： 流體自下而上流過(guò)顆粒層，顆粒懸浮在床層中進(jìn)行劇烈的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。流體在顆粒固定床層中的透過(guò)流動(dòng)現(xiàn)象透過(guò)流動(dòng)：流體在固定顆粒床層空隙中的流動(dòng)，即顆粒靜止，流體繞顆粒流動(dòng)。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(yùn)動(dòng)的流體中基 礎(chǔ) ：流體及顆粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相互作用兩種流動(dòng) :流體相對(duì)顆粒流動(dòng) (外流流動(dòng) ) 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(dòng) (內(nèi)流流動(dòng) ) 流體受管壁粘性阻力，研究管道及流體性質(zhì)。相同點(diǎn) ：同屬流體流動(dòng)問(wèn)題， 研究問(wèn)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(dòng)，類似流體在許多不規(guī)則、相互交錯(cuò)連通的孔道內(nèi)流動(dòng)。（ 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(guò)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(gè)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(guò)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(duì)于亂堆的顆粒床層，顆粒的定位是隨機(jī)的，所以可認(rèn)為堆成的床層各向同性 ，即從各個(gè)方位看，顆粒的堆積都是相同的。對(duì)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(shí)，必須考慮壁效應(yīng)。對(duì)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(guò)截面積為 A的顆粒床層時(shí)，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(zhǎng)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(jì)算式（全流態(tài)）固定床的床層簡(jiǎn)化模型（數(shù)學(xué)模型法） 流體通過(guò)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(guò)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(guò)床層阻力的方法：實(shí)驗(yàn)方法。確定流體通過(guò)床層阻力的方法：實(shí)驗(yàn)方法。 目前比較通用的是采用模型化的方法：即把流體通過(guò)目前比較通用的是采用模型化的方法：即把流體通過(guò)顆粒床層的流動(dòng)看成是通過(guò)具有一組平行細(xì)管、當(dāng)量直徑為顆粒床層的流動(dòng)看成是通過(guò)具有一組平行細(xì)管、當(dāng)量直徑為 de的床層的流動(dòng)。認(rèn)為流體通過(guò)床層的阻力與通過(guò)這些小管的阻的床層的流動(dòng)。認(rèn)為流體通過(guò)床層的阻力與通過(guò)這些小管的阻力相等。力相等。 模模 型化方法的優(yōu)點(diǎn)：用簡(jiǎn)化的模型來(lái)代替床層內(nèi)的真型化方法的優(yōu)點(diǎn)：用簡(jiǎn)化的模型來(lái)代替床層內(nèi)的真實(shí)流動(dòng)，便于用數(shù)學(xué)方法來(lái)處理，然后再通過(guò)實(shí)驗(yàn)加以校正。實(shí)流動(dòng)，便于用數(shù)學(xué)方法來(lái)處理，然后再通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(jì)，仿照流體在管道中流動(dòng)的情況，將實(shí)際顆粒床應(yīng)可忽略不計(jì)，仿照流體在管道中流動(dòng)的情況，將實(shí)際顆粒床層簡(jiǎn)化為下面的簡(jiǎn)單模型。層簡(jiǎn)化為下面的簡(jiǎn)單模型。，孔道長(zhǎng)度 與床層高度 成正比；，孔道內(nèi)全部流動(dòng)空間等于床層空隙的容積。實(shí)際床層實(shí)際床層 簡(jiǎn)化模型簡(jiǎn)化模型假定 ：透過(guò)流動(dòng)的壓降計(jì)算1.CarmanKozeny公式將上述三個(gè)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(guò)床層孔道時(shí)，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(guò)流動(dòng)速度與壓降的關(guān)系即可確定 。 上式變換得：層流時(shí)，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(duì)運(yùn)動(dòng)阻力皆與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的流態(tài)有關(guān) Carman根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)關(guān)系為：上式表明，流體在顆粒固定床層中的運(yùn)動(dòng)阻力，由兩部分組成：流體相對(duì)顆粒作層流繞流時(shí)的黏性阻力和流體相對(duì)顆粒作湍流繞流時(shí)產(chǎn)生的渦流慣性阻力。（ 1）在層流區(qū) ：上式第一項(xiàng)黏性阻力占主要，第二項(xiàng)慣性阻力可忽略；（ 2）在湍流區(qū) ﹥ 1000:上式第二項(xiàng)慣性阻力占主要，第一項(xiàng)黏性阻力可忽略；（ 3）在過(guò)渡流區(qū)：式（ 543）黏性阻力和慣性阻力兩項(xiàng)皆計(jì)入 在修正顆粒雷諾數(shù) 時(shí)的層流狀態(tài)下，忽略上式中的第二項(xiàng)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(cè)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(yùn)動(dòng)阻力由兩部分組成：流體相對(duì)顆粒作層流繞時(shí)的黏性阻力和流體相對(duì)顆粒作湍流繞流時(shí)產(chǎn)生的渦流慣性阻力。（ 1）在層流區(qū) ：第一項(xiàng)黏性阻力占主要，第二項(xiàng)慣性阻力可忽略；（ 2）在湍流區(qū) ：第二項(xiàng)慣性阻力占主要，第一項(xiàng)黏性阻力可忽略；（ 3）在過(guò)渡流區(qū) ：黏性阻力和慣性阻力兩項(xiàng)皆計(jì)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(jìn)行，即 已知 ： 查出 20℃ 的水的 將各值代入上式得： 檢驗(yàn) Re值 計(jì)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(cè)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(yàn) Re值 返回? 1． 顆粒形狀對(duì)空隙率的影響？? 答：用均一的球形顆粒裝填床層時(shí)，其最松排列時(shí)的空隙率為 ，其最緊密排列時(shí)的空隙率為 ，用非均一顆粒裝填床層時(shí)的空隙率往往大于球形顆粒。粒度分布對(duì)床層空隙率的影響很大，由于小顆粒可以嵌入大顆粒間的空隙，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(duì)床層空隙率的影響？? 答：裝填床層時(shí)，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