第一章动量传输 第十四讲: 两相动量传输简介 、本课的基本要求 了解气固两相流动的三种状态 了解孔隙度及料块比表面积的概念 3.掌握埃根方程的应用 退出
1 第十四讲： 两相动量传输简介 一、本课的基本要求 ⒈ 了解气固两相流动的三种状态 ⒉ 了解孔隙度及料块比表面积的概念 ⒊ 掌握埃根方程的应用 第一章 动量传输
第一章动量传输 本课的重点、难点: 重点:埃根方程的应用。 难点:埃根方程的推导及应用。 退出
2 二、本课的重点、难点： 重点：埃根方程的应用。 难点：埃根方程的推导及应用。 第一章 动量传输
第一章动量传输 §1.7两相动量传输简介 两相流动:气-液两相,气-固两相共同存在时的流动。 1.7.2气-固两相流动 固相:粒状的固体料块和由料块堆集的散料层,气-固两相流动可视为气体 通过料块或散料层的流动。 举例:炼铁生产过程的下降炉料与上升煤气的流动,喷粉气动输送过程。 1.气-固两相流动的三种状态 重力:G=只g××d3N 浮力:G。=Pg×xd3N 退出
3 §1.7 两相动量传输简介 两相流动：气-液两相，气-固两相共同存在时的流动。 1.7.2 气-固两相流动 固相：粒状的固体料块和由料块堆集的散料层，气-固两相流动可视为气体 通过料块或散料层的流动。 举例：炼铁生产过程的下降炉料与上升煤气的流动，喷粉气 动输送过程。 ⒈ 气-固两相流动的三种状态 第一章 动量传输 浮力： N 3 a d S 6 G g × p = r × 重力： p S N 3 s d S 6 G = r g× ×
第一章动量传输 T 合成下降力G=(p、-p6 N 拖力(对气体而言是阻力F=k.w2d3 G>F料块于气流中下降固定料层流动 炼铁高炉、化铁炉等竖炉(气体在料块孔隙间流过) G=F料块于原位不动 流化料层流动 沸腾状态(料块悬浮于气流中 G<F料块随气流上升 气动输送过程 喷粉脱硫、喷吹 2.固定料层流动(炼铁方向) 目的:求解散料层阻力损失,即气体通过散料层产生的压力降 退出
4 合成下降力 3 a S dS 6 G g p =(r −r) N 拖力(对气体而言是阻力)： 2 S 2 d 4 w 2 F k p = r N ⒉ 固定料层流动（炼铁方向） 目的：求解散料层阻力损失，即气体通过散料层产生的压力降。 第一章 动量传输 喷粉脱硫、高炉喷吹 料块随气流上升 气动输送过程 沸腾状态 料块悬浮于气流中 料块于原位不动 流化料层流动 炼铁高炉、化铁炉等竖炉 气体在料块孔隙间流过 料块于气流中下降 固定料层流动 G F G F G F ( ) ( )
第一章动量传输 方法:管束理论。 (1)埃根方程 先介绍几个有关的定义 4V ①孔隙的当量直径:D (1) v孔隙总体积;S孔隙总表面积。 ②孔隙度: V LAA L.A=A(2) v料层总体积;A孔隙的总截面积;A料层的总截面积; V=V+V→V=V-V=(1-0)V(3) V料块的体积 退出
5 方法：管束理论。 ⑴ 埃根方程 先介绍几个有关的定义： Vb⎯孔隙总体积；S⎯孔隙总表面积。 ① 孔隙的当量直径： S 4V D b = (1) ② 孔隙度： 0 0 0 b A A L A L A V V = = = (2) V0⎯料层总体积；A⎯孔隙的总截面积；A0⎯料层的总截面积； 0 b S S 0 b V0 V = V + V V = V − V = (1−) (3) VS⎯料块的体积。 第一章 动量传输
第一章动量传输 ③料块的比表面积: 单位体积料块所具有的孔隙表面积,以S表示,则 ④截面空速:W=DSV=S(1-0)V(4) 实际 W A I A O 将(2)、(4)代入(1得:D4aN9 40 (6) (1-o)V。S0(1-o) 根据管流摩阻的解析式,AP=8Lw P57(1-4-5a) R 退出
6 ③ 料块的比表面积: 单位体积料块所具有的孔隙表面积，以S0表示，则 (4) ④ 截面空速： 实际 (5) 将(2)、(4)代入(1)得： (6) 根据管流摩阻的解析式， P57 (1-4-5a) 第一章 动量传输
第一章动量传输 可将作为管束看待的散料层降表达为:AP=k.HLw k待定阻力系数。 (5)、(6)代入(7)△P=kW·(1-m)2 △P S0(1-O) 将上式改写为: 一修正阻力系数;Re 修正雷诺准数 LS(-O S0(1-) k Re通过实验确定 (8) 退出
7 可将作为管束看待的散料层降表达为： (7) k⎯待定阻力系数。 (5)、(6)代入(7) 3 2 2 0 0 S 1 P k Lw ( − ) = 将上式改写为: 0 0 2 w S 1 k P r r ( − ) = ( ) − = LS 1 f 0 3 C ⎯修正阻力系数； ( ) r − = S 1 w Re 0 0 C ⎯修正雷诺准数。 C C Re k f = 通过实验确定 (8) 第一章 动量传输
第一章动量传输 埃根等人通过大量的实验工作获得: 层流区(Rec100) fc=0.292 过渡区(2<Rec100)f=4.2/Rec+0.292 (9) 将fc及Rε代入(9)式,整理得: △P4.2S(1-)2w。,0.292pS(1-o)w (10) L 层流 紊流 4xR236 均匀球形料块:S。=A R=D,代入上式得 退出
8 埃根等人通过大量的实验工作获得： 将f C及ReC代入(9)式，整理得： (10) 均匀球形料块： ，代入上式得 第一章 动量传输 (9) C C C = < = ( ) . . ( ) . ( ) . 2 Re 100 f 4 2 Re 0 292 Re 100 f 0 292 Re 2 f 4 2 Re C C C C C 过渡区 紊流区 层流区
第一章动量传输 △P_150(1-)w0,1.75(1-o)w 埃根方程(11) L D D (2)埃根方程的修正: 根据散料层的特性(孔隙度、比表面积S0)修正,还要考虑到 料层围壁的影响。 ①孔隙度o: 料块的形状颗粒的组成,料块的排列方式。一般情况是根据实测 数据来确定。 ②比表面积S及形状系数: 料块表面积 均匀球形料块: D 同体积球形料块表面积 例如:高炉炼铁的矿石、焦炭、石灰等都不是球形,都有一定的形状系数。 出
9 3 2 0 2 3 0 2 D 1 75 1 w D 150 1 w L P r ( ) . ( − ) + − = 埃根方程 (11) ⑵ 埃根方程的修正： 根据散料层的特性(孔隙度、比表面积S0)修正，还要考虑到 料层围壁的影响。 ① 孔隙度 ： 料块的形状颗粒的组成，料块的排列方式。一般情况是根据实测 数据来确定。 ② 比表面积S0及形状系数： 均匀球形料块： 同体积球形料块表面积 料块表面积 = 例如：高炉炼铁的矿石、焦炭、石灰等都不是球形，都有一定的形状系数。 第一章 动量传输
第一章动量传输 均匀非球形料块:S6 D同体积球体直径 粒度大小不等的料块:S6 D D。=1/∑x/d4平均筛分直径;x质量分率,d两筛几的平均直径 直径小于(um)5075100125150175 360克质量(g)060180270330360 退出 10
10 均匀非球形料块： DS 6 S0 = DS⎯同体积球体直径。 粒度大小不等的料块： D cp 6 S0 = = = n i 1 i i D 1 x d cp ⎯平均筛分直径；xi ⎯质量分率，d i ⎯两筛几的平均直径。 直径小于(m) 50 75 100 125 150 175 360克质量(g) 0 60 180 270 330 360 第一章 动量传输