清华大学：《化工原理》课程PPT教学课件（上）第三章 流体通过颗粒及颗粒床层的流动（3.3-3.4）颗粒在流体中的流动、流体通过颗粒床层流动

化工原理 清华大学戴猷元教授 2003年2月

化 工 原 理 清华大学 戴猷元教授 2003 年 2 月

目录 绪论 第一章流体流动 第二章流体输送机械 第三章流体流过颗粒和颗粒层的流动 第四章非均相物系的分离 第五章传热 第六章蒸发 总结

目 录 绪论 第一章 流体流动 第二章 流体输送机械 第三章 流体流过颗粒和颗粒层的流动 第四章 非均相物系的分离 第五章 传热 第六章 蒸发 总结

第三章流体通过颗粒及颗粒床层的流动 第一节概述 第二节流体通过颗粒的流动 第三节颗粒在流体中的流动 第四节流体通过颗粒床层流动 第五节固体流态化

第三章 流体通过颗粒及颗粒床层的流动 第一节 概述 第二节 流体通过颗粒的流动 第三节 颗粒在流体中的流动 第四节 流体通过颗粒床层流动 第五节 固体流态化

第三节颗粒在流体中流动 存在△p,在力场作用下存在相对运动 重力沉降:加速→等速→终端速度ut 对于球形颗 dp(p-p)g 721t 6 =CD A 2 l4=√4(O-P)gdn/30C Cp =f(re

第三节 颗粒在流体中流动 2 3 2 ( ) 4 2 4( ) / 3 (Re ) t p p D p t p p D D p u d g C d u gd C C f         − = = − = 对于球形颗粒 6 存在Δ，在力场作用下存在相对运动 一、重力沉降：加速→等速→终端速度uｔ

1、层流区Cn=24/Re, =dog(p-p)/18u Stokes eq 2、过渡区2<Re<1000,C=18.5/Re6 gaplpn-oRep p allen eg 0.27/gd 3、湍流区1000<Re<2×103,Cn=0.44 u,=1.74gd, (Pp-p)/p Newton eq

2 0.6 0.6 5 24/ Re ( ) /18 . 2 Re 1000 18.5/ Re 0.27 ( )Re / . 1000 Re 2 10 0.44 1.74 ( ) / . D t p p D p t p p p D t p p C u d g Stokes eq C u gd Allen eq C u gd Newton eq          = −   = −    = − 1、层流区 ＝ ， 2、过渡区 ， ＝ 3、湍流区 ， ＝

、颗粒沉降的计算方法 1、试差法ut→区域,CD→ut 2、通过不含ut(d)的数群 d Re=4dpp(p-p)g /3u dn→>cne Cp Re=4u( Pg/3p 查图 Re=>ut l→>CDRe->Re→>dn

二、颗粒沉降的计算方法 2 3 2 1 2 3 2 1 Re 4 ( ) / 3 Re 4 ( ) / 3 Re Re ; Re Re D p p D p t p D t t D p C d g C g u d C u u C d         − − = − = − → ⎯⎯⎯→ → → ⎯⎯⎯→ → 查图 查图 1、试差法 u t → 区域，CD → u t 2、通过不含u t(d)的数群

3、无因次判据K 层流区上限Ren=2 Re=d,upu=dgp(p-p)/18u 令dgp(pn-p)/2=K,K≤36层流区 同样,湍流区下限Ren=1000 Ren=1.74= dig(p-p) ≥1000 K≥3.3×103湍流区

3、无因次判据K 3 2 3 2 3 2 5 Re 2 Re / ( ) /18 ( ) / 36 Re 1000 ( ) Re 1.74 1000 3.3 10 p p p t p p p p p p p p d u d g d g K K d g K              = = = − − =  = − =    层流区上限 令 ， 层流区 同样，湍流区下限 湍流区

影响颗粒沉降的其它因素 原讨论范围 球形颗粒 颗粒沉降互不干扰 忽略器壁阻滞作用 d不可过小d不小于2~3um

原讨论范围 球形颗粒 颗粒沉降互不干扰 忽略器壁阻滞作用 ｄ不可过小 ｄ不小于2～3m 三、影响颗粒沉降的其它因素

1、非球形颗粒 A形体影响d,Φ→CD △沉降方位,以投影圆直径为d 2、干扰沉降 △密度和粘度大于清液的悬浮体系中 (浮力、阻力变化) △颗粒向下,流体向上补充,影响其它 颗粒! hold up>10% 3、器壁影响碰撞D<100d显著

1、非球形颗粒 Δ形体影响de v，Φ → CD Δ沉降方位，以投影圆直径为de 2、干扰沉降 Δ密度和粘度大于清液的悬浮体系中 （浮力、阻力变化） Δ颗粒向下，流体向上补充，影响其它 颗粒↓ hold up>10% 3、器壁影响 碰撞 D<100d 显著

四、离心沉降 6n(n-)3,ro3取代g a=√4d2(Pn-p)ro2/3CD 离心分离因素KC=rO2/g 沉降速度:层流K倍;湍流√C倍

四、离心沉降 3 2 2 2 2 1 ( ) 6 4 ( ) / 3 / p p tc p p D C C C d r r g u d r C K r g K K           − = − = ， 取代 离心分离因素 沉降速度：层流 倍；湍流 倍