第1部分-颗粒流体力学教材课件.ppt

1、第1部分颗粒流体力学 颗粒流体力学n沉降过程n沉降速度的修正式n干扰沉降 n透过流动现象 n流化床一、沉降过程n牛顿阻力定律：颗粒在流体中运动时受到的阻力 C为阻力系数，是雷诺数的函数 n斯托克斯阻力定律22uACR22uACR22uACR22uACRuDRpeuDRp3沉降运动方程n球形颗粒在重力作用下沉降时的运动方程式：uDDdduDpppp36633uDgddupppp218或Stokes沉降速度 nStokes沉降速度公式：218)(ppmsDugu218)(ppmsDugu时间 和沉降距离Ym n速度由零变到ums所须的时间 和沉降距离Ym 可由下式求得 mmzDppm11ln182

2、zzummsm1ln1Stokes区域内的二元运动n颗粒在Stokes区域内的二元运动方程 根据初始条件可求得解：ypppyxpxuDgmddumuDddum33aaagagyaaxexp11sinexp1cos0000阻力系数和雷诺数n层流区（Stokes区）n过渡区（Allen区）或3.0104eR3.0104eReRC/245002eReRC/1010001eR6.0/5.18eRC 阻力系数和雷诺数n湍流区（Newton区）n全区域的近似公式310500eR44.0CeRC/8.463.0沉降速度的一般解法 n运动方程对于球形颗粒22uCAgmddumpp22uCAgmddumpp21

3、43uDCgdduppvp沉降速度的一般解法n当 ，可得沉降速度的一般式 0dduCDguppm3)(4沉降速度的一般解法n在斯托克斯区域 n在湍流区域eRC/24218)(ppmsDugu44.0CppmDgu(3（牛顿沉降速度公式）沉降速度的一般解法n在过渡区域eRC/106.0/5.18eRC ppmDgu3/122)(225414.143.029.071.071.0)(153.0ppmDgu或者 的一般解法 n因为在上式中，C 本身是 的函数，故不能直接用该式求解。应采用如下的解法。由一般表达式，可得两边同乘于 消去 可得 mupmpDugC23)(42meRmu3223)(4ppme

4、DgCRmu一般解法n上式右边可根据物性值来计算，由此可求得 ，然后在双对数纸上绘出Re与 的关系，则可由 求得2meCReCRmeRmu二、沉降速度的修正nCunningham修正：当颗粒在气体中沉降的距离接近于平均自由行程时，颗粒的沉降速度比Stokes沉降速度公式计算值大。)2/(1DJuumsmc沉降速度的修正n形状修正：球形度定义Pettyjohn 研究成果，在层流区 实际粒子表面积积与粒子同体积的球表面)065.0lg(843.0msmcuuK沉降速度的修正n黑乌德法：颗粒体积可定义为 ，由实验确定，对于球形颗粒，等于 ，则有n右边各项全已知，则根据 可以求出 。3HDkvkk32

5、2)(HpmeDgkCR2meCRmeR6/沉降速度的修正n壁效应考虑壁效应，Francis提出修正式：当 时，有 对于牛顿区，有Munroe公式 83.0/cpDD25.2)1(cpmsmcDDuu5.1)(1cpmsmcDDuu三、干扰沉降 n当被沉降颗粒所置换的流体向上流动的影响增大时，为干扰沉降，如增稠器。Robinson公式：其中 决定于颗粒形状的常数，对于球 =5/2，Cs为悬浮液的颗粒体积浓度。2)(pccpmcDgKu)1(pc)1(scCk kk干扰沉降nVand公式 n其余还有Richardson公式，Steinou公式也用于干扰沉降的修正。)1exp(sscqCCk 四、

6、透过流动现象 n 公式：平均流速 其中Q为单位时间流量，为粘度，A为颗粒层断面面积，为颗粒层厚度，为压力损失，KD为透过率。ArcyDLpkuAQDp透过流动现象nHagen-poiseuille公式：平均流速为 LpddQuc32)2/(22Dupuit假定AQuuuue表观平均流速颗粒间隙的实际流速2水力半径定义4d圆管的水力半径面积与液体相接触的管内表管中液体的体积管内周长垂直于液流的管粒面水力半径Blake 公式nBlake推广到粒状层上并定义为)1(vsm积粉体曾中粒子全部表面粉体层中粒子间隙体积粉体空隙水力半径Kozeny-Carman公式n假定粉体层是均一形状通道的集合体，内表面

7、积和体积等于分体全部颗粒表面积和空隙体积，称当量通道为弯曲，其实际长度比粉体层厚度大，将 代入poiseuiue式并将换成 则得 uuemd4eLLPSLLuve223)1(2Dupuit假定的修正n对于圆管分母系数为2；对于非圆管，可取分母系数为（取决于通道断面形状，近似值大约为2.5左右，为弯曲率）nDupuit假定的修正0ReLL5)()1()(10222320kkLLkLPSLLkuLLeuuuLuLeveeeee实验经验证明Kozeny-Carman公式n因而可得0.5)1(223kPkSuAQv表5.4（a）(b)用流体透过法测定粒度n由Kozeny-Carman式可得 uLPSv

8、2)1(143)(2gcmSSvvw其它流体透过法测定粒度nLea-Nurse法nBlaire法22132)1(14hhLcSvdtdhaAdtdvAu)2(11计算方法n代入Kozeny-Carman式 n式中 为装量常数 utKSghBv)1(3LhhKdlgAKB)(221BK五、流化床n在粉体填充层内，随着气流速度增大，颗粒层不再保持固定床状态，粉体开始悬浮运动，粉体层膨胀，空隙率增大。若速度进一步增加，稳定的流化床就不存在，且产生沟流和腾涌。n最小流化速度：条件是粉体层的自重与p平衡，根据这种关系，可以计算出相应的流速。流化床 n流体输送：在管道里用气流输送粉体，可防止粉尘飞扬，无论工艺流程布置，还是劳动保护都具有其他输送机械所不具备的优点。n输送原理：垂直输送时，颗粒承受的流体阻力与其自重基本保持平衡。为确定气力输送机所须的动力，压力损失计算是重要的内容。压力损失由下面各项组成：入口损失，空气的加速损失，固体的加速损失，摩擦损失，固体悬浮损失，分离器压头损失。