第四章 颗粒与流体之间的相对运动
第四章 颗粒与流体之间的相对运动
本章学习目的与要求 ◼ 掌握颗粒与流体相对运动的基本理论， 为食品流化加工、沉降分离加工等工艺 设计、设备选型提供原理知识。 ◼ 要求学生掌握流体绕过颗粒以及颗粒在 流体中沉浮的速度和阻力计算方法。 ◼ 分析并处理流化加工、气力输送、沉降 和过虑中的工程实际问题
本章学习目的与要求 ◼ 掌握颗粒与流体相对运动的基本理论， 为食品流化加工、沉降分离加工等工艺 设计、设备选型提供原理知识。 ◼ 要求学生掌握流体绕过颗粒以及颗粒在 流体中沉浮的速度和阻力计算方法。 ◼ 分析并处理流化加工、气力输送、沉降 和过虑中的工程实际问题
4-1 流体绕过颗粒及颗粒床层的流动 ◼ 单颗粒特性 ❖球形和非球形 （ dev, des, dea, φs） ✓ 非球形颗粒四个几何参数之间的关系？ ◼ 床层特性 ❖空隙率ε ❖各向同性 ❖比表面积 ◼ 颗粒群的特性 ◼ 颗粒床层特性
4-1 流体绕过颗粒及颗粒床层的流动 ◼ 单颗粒特性 ❖球形和非球形 （ dev, des, dea, φs） ✓ 非球形颗粒四个几何参数之间的关系？ ◼ 床层特性 ❖空隙率ε ❖各向同性 ❖比表面积 ◼ 颗粒群的特性 ◼ 颗粒床层特性
◼ 频率函数 ◼ 分布函数 ✓ 注意两函数间的转化关系？ ◼ 颗粒群的特性 d i d pi di-1 0 i f 粒径d p 密度函数 f 0 分布函数F 粒径d p d pi d max 1.0 Fi
◼ 频率函数 ◼ 分布函数 ✓ 注意两函数间的转化关系？ ◼ 颗粒群的特性 d i d pi di-1 0 i f 粒径d p 密度函数 f 0 分布函数F 粒径d p d pi d max 1.0 Fi
4-1 流体绕过颗粒及颗粒床层的流动 ◼ 流体绕球形颗粒的流动 A B 85 C 0 u0 A B C 140 0 u0 理想流体 实际流体
4-1 流体绕过颗粒及颗粒床层的流动 ◼ 流体绕球形颗粒的流动 A B 85 C 0 u0 A B C 140 0 u0 理想流体 实际流体
❖总曳力 ❖颗粒雷诺数 ——斯托克斯（Stockes）定律 sin cos D S F w A A F F F dA pdA = + = + Re p p d u = 4-1 流体绕过颗粒及颗粒床层的流动 ◼ 曳力与雷诺数
❖总曳力 ❖颗粒雷诺数 ——斯托克斯（Stockes）定律 sin cos D S F w A A F F F dA pdA = + = + Re p p d u = 4-1 流体绕过颗粒及颗粒床层的流动 ◼ 曳力与雷诺数
◼ 修正雷诺数ζ－Rep关系 4-1 流体绕过颗粒及颗粒床层的流动
◼ 修正雷诺数ζ－Rep关系 4-1 流体绕过颗粒及颗粒床层的流动
4-2 颗粒在流体中的流动 ◼ 颗粒沉降受力及形态 重力Fg； 浮力Fb； 曳力FD Ret Re >500 t <1
4-2 颗粒在流体中的流动 ◼ 颗粒沉降受力及形态 重力Fg； 浮力Fb； 曳力FD Ret Re >500 t <1
❖ 受力分析 ❖ 沉降速度 对球形颗粒，加速度为零时： 4-2 颗粒在流体中的流动 ◼ 自由沉降和沉降速度 4 ( ) 3 p p t d − = b D du F F F m d − − = Fg Fb FD
❖ 受力分析 ❖ 沉降速度 对球形颗粒，加速度为零时： 4-2 颗粒在流体中的流动 ◼ 自由沉降和沉降速度 4 ( ) 3 p p t d − = b D du F F F m d − − = Fg Fb FD
◼ 沉降速度计算方法 ❖试差法 ➢滞流区（Rep或Ret ＜1）： ➢过渡区（1≤Rep（或Ret）≤500）： ➢湍流区（500＜ Rep（或Ret）＜2×105）： ❖摩擦因数群法（图解法） ( ) 2 18 p p t d g − = ( ) 5 1.6 7 0.4 0.6 0.154 p p t d g − = ( ) 1.74 p p t d g − = ➢计算实例见教材P287例4－1和4－2
◼ 沉降速度计算方法 ❖试差法 ➢滞流区（Rep或Ret ＜1）： ➢过渡区（1≤Rep（或Ret）≤500）： ➢湍流区（500＜ Rep（或Ret）＜2×105）： ❖摩擦因数群法（图解法） ( ) 2 18 p p t d g − = ( ) 5 1.6 7 0.4 0.6 0.154 p p t d g − = ( ) 1.74 p p t d g − = ➢计算实例见教材P287例4－1和4－2