颗粒的沉降和固体流态化-精选文档
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流体
很显然，如果将流体的流量（流速）逐渐减小，则将由流化床 转化为固定床。
2019/3/18 第5章 颗粒的沉降和固体流态化 9
5.4.2 实际的流化现象 散式流化 聚式流化（鼓泡流化） 两类
散式流化 ： 一般发生于液—固系统 床内固体颗粒充分混合，流化床的上界面清晰，接近于理想流 化床。 聚式流化 ：一般发生于气—固系统
ut
当流体的空床流速u>umf时，则出现u1>ut ,即up＞0 ，则颗粒向 上运动。同时引起床层空隙率的改变（增加）。床内的颗粒将 “浮起” ，颗粒层将“膨胀”，床内空隙率ε增大。
u u1
u
2019/3/18 第5章 颗粒的沉降和固体流态化 6
（2）流化床
u u1 u u1
当表观气速超过起始流化速度umf而开始流化后，床内出现一些 空穴，气体将优先取道穿过各个空穴至床层顶部逸出。由于 “气泡”在界面处破裂，床层上界面频繁地起伏波动，界面以 上的空间也会存在一定量的固体颗粒。流化床界面以上的区域 称为稀相区，流化床界面以下的区域称为浓相区。
2019/3/18
第5章 颗粒的沉降和固体流态化
第5章 颗粒的沉降和固体流态化
流体
3
（1）固定床阶段
u p u 1 u t
颗粒的直径一定，在流体介质中的沉降速度ut 一定。
如果流体介质静止或者上升流速u1 ，
u1<ut
u 0 ,即颗粒绝对速度方向向 下，沉落而堆积在 。 p
随着上升流体流量的增大，u1增大，当达到u1=ut时，颗粒的表观 速度up=0 。 当u1 稍微大于ut时，颗粒便会上升，发生由固定床 向流化床的转化。
u t
d p g
2 p
18
与流体介质运动与否没有关系。
如果流体介质静止，则颗粒垂直向下的运动速度就是 ut 。
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如果颗粒邻近的流体介质以方向向上的流速 u1 运动起来， 则颗粒的绝对速度（表观速度）（以固定点为参照点）up (规 定向上的方向为正）为
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第5章 颗粒的沉降和固体流态化
4
保持固定床状态的最大空床气速 umax 床层形态由固定床向流化床转换的临界条件：
u1
u1,max
fixed bed
umax
u 1,max u t
up 0
u u u max 1 , max t
ut
umax为维持固定床状态的最大表观 气速。
5.4 固体流态化技术
固体流态化：将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗 粒具有类似于流体的某些表观特性，这种流固接触状态称为固体 流态化。
压力流体
2019/3/18 第5章 颗粒的沉降和固体流态化 1
5.4.1流化床的基本概念
观看录像
将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有 类似于流体的某些表观特性，这种流固接触的状态称为固体流 态化。这种床层称为流化床。 反应器、焙烧炉、干燥器等 为什么颗粒能够悬浮于流体中呢？这要从颗粒的沉降速度、 流体的运动速度分析起。 重力场中，颗粒处于流体介质中，颗粒与介质之间的相对速 度ut （设是层流状态，并规定重力的方向为正。）
假设某个悬浮的颗粒由于某种原因离开了床层 而进入界面以上的空间，在该空间中（ε=1.0） 该颗粒的表观速度u即为其真实速度u1 u=u1＜ut 故颗粒必然回落到界面上。
由此可见，流化床存在的基础是大量颗粒的群 居。群居的大量颗粒可以通过床层的膨胀以调 整空隙率，从而能够在一个相当宽的表观速度 范围内悬浮于流体之中。这就是流化床之可能 存在的物理基础。
又可能出现 u 1 u t
u u u 0 p 1 t
u1 ut
出现暂时的颗粒回落现象，又出现床层空隙率减小。 随着流体流量的增加 和 空隙率的减小，又出现
颗粒再次上升，床层又膨胀，空隙率再次增 大。当床层膨胀到一定程度，空隙率稳定在 某一数值上，空隙中流体的流速u1 稳定于颗 粒的ut 时，颗粒悬浮于流体中，便形成了流 化床 。 注意： u
10
5.4.3 流化床的主要特性----恒定的总压降 流化床的横截面积A ,床层高度L ，床 内所有颗粒的质量m ，颗粒的密度ρp 流体的密度ρ，截面1的压强P1 ，截面 2的压强P2 。 方向向上的力之和=方向向下的力之和
P2
L
P 1A
总床层 高度上 的压降
m
p
gP mg 2A
流体
流体
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第5章 颗粒的沉降和固体流态化
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（3）颗粒输送阶段 如果流体（气体）流量继续增加，始 终出现u1＞ut的关系，始终up＞0 ， 则颗粒被带出床外，此时，称为颗粒 输送阶段。此时的流体表观速度u称 为带出速度。在带出状态下床截面上 的空隙率即认为是1.0 ，此时u=u1 。 显然，带出速度u数值上等于ut 。据 此原理，可以实现固体颗粒的气力输 送或液力输送。 流化床的操作范围： umf~ut
u u p u 1 t
颗粒空隙中流体的实际流速u1 。颗粒的绝对 运动速度 up ，床层表观流速u ，即空床流速。 其关系：
u1
ut
考察单位床层截面上流体的体积流量： 空隙率即等于横截面上空隙面积的分率。
q 1 u u v 1
D 4
qV
2
u
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u u1
因此，在流化床的范围内，每一个表观气速u对应一个空隙率， 表观气速越大，空隙率也越大。只要颗粒悬浮状态，表明流体 通过空隙时的实际速度u1不变，始终为颗粒的ut 。
2019/3/18 第5章 颗粒的沉降和固体流态化 7
（2）流化床
需要特别指出的是，流化床原则上应有一个明 显的上界面。在此界面之下的颗粒，u1=ut 。
源自文库
P1
mg m 1 P P g 1 2 A A p
起始流化速度：umf=umax 如果是均一的颗粒，其ut 可以计算出
u m f u t fi xe be dd
u
5
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第5章 颗粒的沉降和固体流态化
（2）流化床 起始流化速度：umf=umax 此时 u1=ut
u1
如为均匀颗粒，其ut 已知
u m f u t fi xe be dd
很显然，如果将流体的流量（流速）逐渐减小，则将由流化床 转化为固定床。
2019/3/18 第5章 颗粒的沉降和固体流态化 9
5.4.2 实际的流化现象 散式流化 聚式流化（鼓泡流化） 两类
散式流化 ： 一般发生于液—固系统 床内固体颗粒充分混合，流化床的上界面清晰，接近于理想流 化床。 聚式流化 ：一般发生于气—固系统
ut
当流体的空床流速u>umf时，则出现u1>ut ,即up＞0 ，则颗粒向 上运动。同时引起床层空隙率的改变（增加）。床内的颗粒将 “浮起” ，颗粒层将“膨胀”，床内空隙率ε增大。
u u1
u
2019/3/18 第5章 颗粒的沉降和固体流态化 6
（2）流化床
u u1 u u1
当表观气速超过起始流化速度umf而开始流化后，床内出现一些 空穴，气体将优先取道穿过各个空穴至床层顶部逸出。由于 “气泡”在界面处破裂，床层上界面频繁地起伏波动，界面以 上的空间也会存在一定量的固体颗粒。流化床界面以上的区域 称为稀相区，流化床界面以下的区域称为浓相区。
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第5章 颗粒的沉降和固体流态化
第5章 颗粒的沉降和固体流态化
流体
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（1）固定床阶段
u p u 1 u t
颗粒的直径一定，在流体介质中的沉降速度ut 一定。
如果流体介质静止或者上升流速u1 ，
u1<ut
u 0 ,即颗粒绝对速度方向向 下，沉落而堆积在 。 p
随着上升流体流量的增大，u1增大，当达到u1=ut时，颗粒的表观 速度up=0 。 当u1 稍微大于ut时，颗粒便会上升，发生由固定床 向流化床的转化。
u t
d p g
2 p
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与流体介质运动与否没有关系。
如果流体介质静止，则颗粒垂直向下的运动速度就是 ut 。
2019/3/18 第5章 颗粒的沉降和固体流态化 2
如果颗粒邻近的流体介质以方向向上的流速 u1 运动起来， 则颗粒的绝对速度（表观速度）（以固定点为参照点）up (规 定向上的方向为正）为
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第5章 颗粒的沉降和固体流态化
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保持固定床状态的最大空床气速 umax 床层形态由固定床向流化床转换的临界条件：
u1
u1,max
fixed bed
umax
u 1,max u t
up 0
u u u max 1 , max t
ut
umax为维持固定床状态的最大表观 气速。
5.4 固体流态化技术
固体流态化：将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗 粒具有类似于流体的某些表观特性，这种流固接触状态称为固体 流态化。
压力流体
2019/3/18 第5章 颗粒的沉降和固体流态化 1
5.4.1流化床的基本概念
观看录像
将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有 类似于流体的某些表观特性，这种流固接触的状态称为固体流 态化。这种床层称为流化床。 反应器、焙烧炉、干燥器等 为什么颗粒能够悬浮于流体中呢？这要从颗粒的沉降速度、 流体的运动速度分析起。 重力场中，颗粒处于流体介质中，颗粒与介质之间的相对速 度ut （设是层流状态，并规定重力的方向为正。）
假设某个悬浮的颗粒由于某种原因离开了床层 而进入界面以上的空间，在该空间中（ε=1.0） 该颗粒的表观速度u即为其真实速度u1 u=u1＜ut 故颗粒必然回落到界面上。
由此可见，流化床存在的基础是大量颗粒的群 居。群居的大量颗粒可以通过床层的膨胀以调 整空隙率，从而能够在一个相当宽的表观速度 范围内悬浮于流体之中。这就是流化床之可能 存在的物理基础。
又可能出现 u 1 u t
u u u 0 p 1 t
u1 ut
出现暂时的颗粒回落现象，又出现床层空隙率减小。 随着流体流量的增加 和 空隙率的减小，又出现
颗粒再次上升，床层又膨胀，空隙率再次增 大。当床层膨胀到一定程度，空隙率稳定在 某一数值上，空隙中流体的流速u1 稳定于颗 粒的ut 时，颗粒悬浮于流体中，便形成了流 化床 。 注意： u
10
5.4.3 流化床的主要特性----恒定的总压降 流化床的横截面积A ,床层高度L ，床 内所有颗粒的质量m ，颗粒的密度ρp 流体的密度ρ，截面1的压强P1 ，截面 2的压强P2 。 方向向上的力之和=方向向下的力之和
P2
L
P 1A
总床层 高度上 的压降
m
p
gP mg 2A
流体
流体
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第5章 颗粒的沉降和固体流态化
8
（3）颗粒输送阶段 如果流体（气体）流量继续增加，始 终出现u1＞ut的关系，始终up＞0 ， 则颗粒被带出床外，此时，称为颗粒 输送阶段。此时的流体表观速度u称 为带出速度。在带出状态下床截面上 的空隙率即认为是1.0 ，此时u=u1 。 显然，带出速度u数值上等于ut 。据 此原理，可以实现固体颗粒的气力输 送或液力输送。 流化床的操作范围： umf~ut
u u p u 1 t
颗粒空隙中流体的实际流速u1 。颗粒的绝对 运动速度 up ，床层表观流速u ，即空床流速。 其关系：
u1
ut
考察单位床层截面上流体的体积流量： 空隙率即等于横截面上空隙面积的分率。
q 1 u u v 1
D 4
qV
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u
2019/3/18
u u1
因此，在流化床的范围内，每一个表观气速u对应一个空隙率， 表观气速越大，空隙率也越大。只要颗粒悬浮状态，表明流体 通过空隙时的实际速度u1不变，始终为颗粒的ut 。
2019/3/18 第5章 颗粒的沉降和固体流态化 7
（2）流化床
需要特别指出的是，流化床原则上应有一个明 显的上界面。在此界面之下的颗粒，u1=ut 。
源自文库
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mg m 1 P P g 1 2 A A p
起始流化速度：umf=umax 如果是均一的颗粒，其ut 可以计算出
u m f u t fi xe be dd
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第5章 颗粒的沉降和固体流态化
（2）流化床 起始流化速度：umf=umax 此时 u1=ut
u1
如为均匀颗粒，其ut 已知
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