流体通过颗粒层的流动

4.1.2 过滤介质 1.织物介质 2.多孔性固体介质 3.滤膜介质 4.堆积介质
过滤介质
三足离心过滤机
悬梁自动水洗滤布箱式压滤机
过滤介质
金属丝网
滤带
板和滤布
滤芯
本次讲课习题： 第四章 1，2
求：dev,des,dea,ψ,a
解：
V
L3
6
d
3 ev
deV
L3
6
41.24 5mm
S
6L2
d
2 eS
deS L
6 41.38 5.5mm
a
S V
6 L2 L3
6 d ea
dea L 4mm
a 6 6 1500m2 / m3 dea 0.004
d
2 eV
d
2 eS
52 5.52
L
u=0.9m/s时 P 2300Pa / m 。
L
求：CO以u=0.5m/s通过时的 P 。
L
已知：20℃,1.0MPa(绝)的一氧化碳 μ=2.4×10-5Pa•s, ρ=11.4kg/m3
解：20℃,常压空气ρ=1.2kg/m3,μ=1.81×10 -5Pas 根据欧根方程，取
P L
C1u
第四章 流体通过颗粒层的流动
1 概述 1.1 工业背景
固定床—由许多固体颗粒堆积成的静止颗粒层
1.2 固定床阻力的影响因素
①流体物性：ρ,μ ②操作因素： u ③设备因素： 颗粒直径，
颗粒大小分布， 空隙大小
2 颗粒床层的特性
2.1 单颗粒的特性
球形颗粒，只需一个参数dp
颗粒特性:体积
V
6
d
3 p
C2 u2
代入空气数据
470=C1×1.81×10-5×0.4+C2×1.2×0.42 2300=C1×1.81×10-5×0.9+C2×1.2×0.92 解得C1=3.9×106, C2=2301 一氧化碳
P L
C1u
C2 u2
=3.9×106×2.4×10-5×0.5+2301×11.4×0.52
4 a(1 )
宽范围：
细管
hf
P
Le
de
u12 2
P L
Le L
u12
2de
Le 8L
a(1
3
)
u2
'
a(1
3
)
u2
3.3 实验验证 ' 4.17 0.29
Re'
P L
4.17
a2 (1
3
)2
u
a(1
0.29 3
)
u2
用 a 6 代入，得欧根方程： dev
P L
150
(1 )2 3 (dev )2
表面积
S
d
2 p
比表面 a S 6
V dp
实际遇到两个问题：
①非球形
②大小不一(分布)
非球形：定当量直径，目标不同结果不同
体积当量dev,
V
6
d
3 ev
面积当量des，S
d
2 es
比表面当量dea,
a
6 dea
两个独立的, 取dev和球形度(形状系数)ψ
ψ≤1
例1
边长为L=4mm的正方体颗粒
0.81
②dev, des, dea三者关系
dea
dev
d 1.5 es
dea≤dev≤des
2.2 颗粒群的特性 大小不一： 筛分分析 1 kg 颗粒群
频率函数
(粒级质量分率~dp)
fi
xi di1 di
特点：某粒级范围的颗粒质量分率 =该范围曲线下的面积
曲线下的面积和=1
分布函数F与频率函数f的关系
=6604 Pa/m
本例也可用a,ε表达,
P L
4.17
a2(1
3
)2
u
0.29
a(1
3
)
u2
先用实验值算出a、ε，再用a、ε来计算实际工
艺物料的压降
3.4 两种实验规划方法的比较 量纲分析法：
对过程无须有深刻理解, “黑箱”法 ①析因实验 ②无量纲化 ③搜索性实验 数学模型法： 对过程有深刻理解，能将过程大幅度简化 ①简化模型 ②解析解 ③验证性实验
3．流体通过固定床的压降
几何边界复杂，无法解析解，要靠实验 数学模型法主要步骤：
漫画：夸张而显特征
3.1 简化模型 过程特征： ①爬流，表面剪切力为主，
形体力(压差力)为次 ②空隙中实际速度与空隙大小有关
简化原则： 模型与原型①表面积要相等
②空隙容积相等 将原型简化成一组平行细管 细管直径de
4．过滤原理及设备 4.1基本原理 最简单的过滤操作：
布氏漏斗 悬浮液中固体颗粒被 过滤介质截留，清液在 压差下通过多孔过滤介 质，使固液分离。 过滤介质缝隙并不需要比颗粒小---架桥现象
“穿滤” 5%
4.1.1 过滤方式 1.滤饼过滤
滤饼才是真正有效的过滤介质 2.错流过滤
3.深层过滤 4.滤膜过滤
f dF d(d p )
dp
F (d p ) 0 fd (d p )
定平均直径d32，准则：比表面相等 原因：流动较慢时，阻力以表面剪切力为主，
表面积对阻力影响大
d32
ni d i3 ni d i2
a
Si Vi
(
mi
p
ai
)
m/ p
xiai
由
a 6
d32
，ai
6
di
1 xi , d32 di
3.2 解数学模型
u1
u
de
4 流Baidu Nhomakorabea面积 润湿周边
4 流动空间 润湿表面
de
4V床 a(1 )V床
4 a(1 )
细管层流
P
32u1 Le
d
2 e
得
P L
2
Le L
a2(1
3
)2
u
K
a2 (1
3
)2
u
实验得康采尼方程
P L
5
a
2
(1
3
)2
u
测比表面
适用范围：Re’<2 床层雷诺数 Re' deu1 u
得
d32
ni
6
d
3 i
ni
6di
d
3 i
m
mi
di
1
xi
di
2.3 床层特性
①空隙率 V空 V床 Vp
V床
V床
∴ Vp (1 )V床
ε受充填方式的影响
与dp无关
1
d
3 p
/
d
3 p
6
0.48
与dp分布有关
②床层比表面
aB
S V床
S(1 Vp
)
a(1
)
③壁效应 边壁附近的空隙率大于内部
u
1.75
(1 ) 3dev
u2
粘性项 惯性项
Re’< 3时，可忽略惯性项
Re’> 100时，可忽略粘性项
影响因素分析：
①物性:ρ,μ ②操作:u 空隙率的影响最大, ε：0.3→0.4
③设备:ψ,dm,ε (1 )2 3 ：18→5.6
例2 要估计20℃, 1.0MPa(绝)的CO通过固定床脱 硫器的压降, 用20℃, 101.3kPa(绝)的空气进行实测， 测得 u=0.4m/s时 P 470Pa / m ，