第04章01-改-2014-10-28

4.1概述4.1.1工业背景固定床是由许多固体颗粒堆积成的静止颗粒层。第4章流体通过颗粒层的流动4.1.2固定床阻力的影响因素①流体物性：ρ,μ②操作因素：u③设备因素：颗粒直径，颗粒大小分布，空隙大小4.2颗粒床层的特性4.2.1单颗粒的特性球形颗粒，只需一个参数dp颗粒特性:体积表面积比表面实际遇到两个问题：①非球形②大小不一(分布)3π6pVd2πpSdpdVSa6非球形：定当量直径，目标不同结果不同体积当量dev,面积当量des，比表面当量dea,两个独立的,取dev和球形度(形状系数)ψ（普西）ψ≤1(与非球形颗粒体积相等的球形颗粒的表面积与非球形颗粒的表面积之比)3π6evVd2esdSeada62222evevesesdddd例1边长为L=4mm的正方体颗粒求：dev,des,dea,ψ,a解：33π6evVLd3641.245mmπevdL226πesSLd641.385.5mmπesdL2366eaSLaVLd4mmeadL23661500m/m0.004eaad②dev,des,dea三者关系dea≤dev≤des81.05.552222eSeVddeseveaddd5.1(附推导)3231.53666/eaeveaevesevesesesaddddaSVddddd附推导：4.2.2颗粒群的特性大小不一，筛分分析1kg颗粒群W,筛过量Wi，筛过率Fi=Wi/W频率函数(粒级质量分率~dp)iiiiddxf1Fd特点：某粒级范围的颗粒质量分率=该范围曲线下的面积曲线下的面积和=1dd()pFfd分布函数F与频率函数f的关系定平均直径dm（体积当量直径），准则：比表面相等原因：流动较慢时，阻力以表面剪切力为主，表面积对阻力影响大dd()pFfd0()fd()pdppFdd66eamaddiida611imixddiipipiiiaxmamVSa/)(or得，由颗粒群的比表面积：iimdxd1（dm、di为体积当量直径）（实际统计）4.2.3床层特性①空隙率∴ε受充填方式的影响（ε---艾普西龙）与dp无关床床床空VVVVVp床VVp)1(33π/610.48ppdd与dp分布有关②床层比表面)1()1(aVSVSapB床4.3流体通过固定床的压降几何边界复杂，无法解析解，要靠实验数学模型法主要步骤：4.3.1简化模型过程特征：①爬流，表面剪切力为主，形体力(压差力)为次；②空隙中实际速度与空隙大小有关。简化原则：模型与原型①表面积要相等②空隙容积相等将原型简化成一组平行细管细管直径de4.3.2解数学模型细管层流得实验得康采尼方程uu1润湿表面流动空间润湿周边流通面积44ed床床VaVde)1(44(1)eda2132eedLuPuaLLLe322)1(2PuaK322)1(uaL322)1(5P(1-72)适用范围：Re’2床层雷诺数宽范围：细管4.3.3实验验证1'4(1)eduuRea221udLheefPeeduLLL221P23)1(8uaLLe23)1('ua29.0'17.4'Re用代入，得欧根方程：黏性项惯性项Re’3时，可忽略惯性项；Re’100时，可忽略黏性项。影响因素分析：①物性:ρ,μ②操作:u③设备:ψ,dm,ε空隙率的影响最大,ε：0.3→0.4：18→5.623322)1(29.0)1(17.4uauaLPevda623232)1(75.1)()1(150ududLevevP32)1(例2要估计20℃,1.0MPa(绝)的CO通过固定床脱硫器的压降,用20℃,101.3kPa(绝)的空气进行实测，测得u=0.4m/s时，u=0.9m/s时。求：CO以u=0.5m/s通过时的。已知：20℃,1.0MPa(绝)的一氧化碳μ=2.4×10-5Pa•s,ρ=11.4kg/m3Pa/m470LPPa/m2300LPLP解：20℃,常压空气ρ=1.2kg/m3,μ=1.81×10-5Pa•s根据欧根方程，取代入空气数据470=C1×1.81×10-5×0.4+C2×1.2×0.422300=C1×1.81×10-5×0.9+C2×1.2×0.92解得C1=3.9×106,C2=2301一氧化碳=3.9×106×2.4×10-5×0.5+2301×11.4×0.52=6604Pa/m221uCuCLP221uCuCLP本例也可用a,ε表达,先用实验值算出a、ε，再用a、ε来计算实际工艺物料的压降。23322)1(29.0)1(17.4uauaLP4.3.4两种实验规划方法的比较量纲分析法：对过程无须有深刻理解,“黑箱”法。①析因实验②无量纲化③测定性实验数学模型法：对过程有深刻理解，能将过程大幅度简化。①简化模型②解析解③验证性实验本次讲课习题：第4章1，2