皖西学院：《化工原理》课程教学资源（PPT课件）第五章 颗粒的沉降与流态化

第五章颗粒的沉降与流态化概述第一节第二节颗粒的沉降运动第三节沉降分离设备第四节固体流态化技术第五节气力输送

第五章 颗粒的沉降与流态化 第一节 概述 第二节 颗粒的沉降运动 第三节 沉降分离设备 第四节 固体流态化技术 第五节 气力输送

概述第一节本章考察流固两相物系中固体颗粒与流体之间的相对运动流体相对颗粒的流动颗粒在流体中的流动流体绕过颗粒的流动过滤重力沉降离心沉降流体通过颗粒床层的流动机械分离

第一节 概 述 本章考察流固两相物系中固体颗粒与流体之间的相对运动 流体相对颗粒的流动 流体绕过颗粒的流动 颗粒在流体中的流动 流体通过颗粒床层的流动 过滤 重力沉降 离心沉降 机械分离

固体颗粒与流体间的相对运动在化工生产中的应用有：（1）两相物系的沉降分离一重力沉降、离心沉降（2）流固相之间进行的物理-化学过程一固体物料的干燥、粉状矿物的焙烧、催化反应(3)E固体颗粒的流动运输流固两相物系内的相对运动规律是上述各过程设计计算的基础本章重点：颗粒沉降速度与沉降设备计算本章难点：流化床的主要特性

固体颗粒与流体间的相对运动在化工生产中的应用有： （1）两相物系的沉降分离 — 重力沉降、离心沉降 （2）流固相之间进行的物理-化学过程— 固体物料的干 燥、粉状矿物的焙烧、催化反应 （3）固体颗粒的流动运输 流固两相物系内的相对运动规律是上述各过程设 计计算的基础 本章重点：颗粒沉降速度与沉降设备计算 本章难点：流化床的主要特性

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第二节颗粒的沉降运动流体对固体颗粒的绕流静止流体中颗粒的自由沉降沉降速度的讨论与应用

第二节 颗粒的沉降运动 ● 流体对固体颗粒的绕流 ● 静止流体中颗粒的自由沉降 ● 沉降速度的讨论与应用

一.流体对固体颗粒的绕流单颗粒（或充分分散、互不干扰的颗粒群）在流体中自由沉降时所受合力为：CFFg=F,+FbH9重力=电力（阻力）+浮力Fg电力Fp：流体对颗粒的作用力

单颗粒（或充分分散、互不干扰的颗粒群）在流体 中自由沉降时所受合力为： Fg = F D + Fb 重力= + 曳力（阻力） 浮力 FD Fg Fb 一. 流体对固体颗粒的绕流 曳力 FD：流体对颗粒的作用力

合力为零时，加速度为零，颗粒与流体之间将保持一个稳定的相对速度。duZF=Fg-F,-F,=0ma= mdt颗粒与流体无相对运动则无电力存在，而浮力始终存在；当流体对固体颗粒作绕流运动时，颗粒就受到流体的电力

合力为零时，加速度为零，颗粒与流 体之间将保持一个稳定的相对速度。 g D b 0 du ma m F F F F dt = = = − =  − 颗粒与流体无相对运动则无曳力存在，而浮 力始终存在；当流体对固体颗粒作绕流运动 时，颗粒就受到流体的曳力

电力F：流体对颗粒的作用力总电力与流体的密度、粘度、流动速度有关，同时受颗粒形状的影响，问题较为复杂。至今，只有几何形状简单的少数例子获得电力的理论计算式，例如粘性流体对圆球的低速绕流（爬流 Re<2）。F, =Appu’;；电力系数=Φ(Re，2dpup颗粒雷诺数Re，=uA,取颗粒最大投影面积，Rep中的d.取体积当量直径

总曳力与流体的密度、粘度、流动速度有关，同 时受颗粒形状的影响，问题较为复杂。至今，只有 几何形状简单的少数例子获得曳力的理论计算式， 例如粘性流体对圆球的低速绕流（爬流 Re<2 ）。 曳力 FD：流体对颗粒的作用力 D p p p 2 ( ) 2 Re 1 dP Re F A u u       = = = 曳力系 雷诺数 ； 数 颗粒 Ap 取颗粒最大投影面积，ReP中的 dp取体积当量直径

10000100060040020010060.4020106220..60.40.20.1110.0010.010.11001000A2461010000105106Rep24（层流区）斯托克斯区当R.500时，三=0.44牛顿区：与Re无关，相当于阻力平方区当R极大时，E=0.1

p 0.6 阿仑区（过渡区） p 18.5 2 ~ 500 e e R R 当 = = 时， 牛顿区：与Rep无关， 相当于阻力平方区 p p 500 0.44 0.1 e e R R    = = 当 时， 当 极大时， p p 24 2 e e R R 当  = 时， 斯托克斯区（层流区）

二、静正流体中颗粒的自由沉降物理学自由落体不考虑阻力，果颗粒沉降必须考虑阻力。化工中感兴趣的是小颗粒，不能忽略阻力。力与运动关系牛顿第二定律仙F= mg场力FFbgF-F-FbmFD浮力 F,duFb=pg=ma=mPpdtIA电力 Fp FD=≤A,(Io1

二、静止流体中颗粒的自由沉降 物理学自由落体不考虑阻力，颗粒沉降必须考虑阻力。 化工中感兴趣的是小颗粒，不能忽略阻力。 力与运动关系——牛顿第二定律 场力 F F mg g = b b p m F F g   浮力 = 曳力 FD 2 D p 1 ( ) 2 F A u =   F F F b D du ma m d − − = = FD Fg Fb