第四章 颗粒与流体之间的相对流动

第四章颗粒与流体之间的相对运动本章学习目的与要求掌握颗粒与流体相对运动的基本理论，为食品流化加工、沉降分离加工等工艺设计、设备选型提供原理知识。要求学生掌握流体绕过颗粒以及颗粒在流体中沉浮的速度和阻力计算方法。分析并处理流化加工、气力输送、沉降和过虑中的工程实际问题。4-1流体绕过颗粒及颗粒床层的流动单颗粒特性球形和非球形（dev,des,dea,φs）非球形颗粒四个几何参数之间的关系？床层特性空隙率ε各向同性比表面积颗粒群的特性颗粒床层特性频率函数分布函数注意两函数间的转化关系？颗粒群的特性ipdidi-1d0ifpd粒径密度函数f0分布函数Fpd粒径ipdmaxd1.0iF4-1流体绕过颗粒及颗粒床层的流动流体绕球形颗粒的流动ABC850u0ABC1400u0理想流体实际流体总曳力颗粒雷诺数——斯托克斯（Stockes）定律sincosDSFwAAFFFdApdAReppdu4-1流体绕过颗粒及颗粒床层的流动曳力与雷诺数修正雷诺数ζ－Rep关系4-1流体绕过颗粒及颗粒床层的流动4-2颗粒在流体中的流动颗粒沉降受力及形态重力Fg；浮力Fb；曳力FDRet500Ret1受力分析沉降速度对球形颗粒，加速度为零时：4-2颗粒在流体中的流动自由沉降和沉降速度43pptdbDduFFFmdFgFbFD沉降速度计算方法试差法滞流区（Rep或Ret＜1）：过渡区（1≤Rep（或Ret）≤500）：湍流区（500＜Rep（或Ret）＜2×105）：摩擦因数群法（图解法）218pptdg571.60.40.60.154pptdg1.74pptdg计算实例见教材P287例4－1和4－24-3固体流态与气力输送固体流化态基本概念流态化过程固定床阶段流化床阶段气力输送阶段4-3固体流态与气力输送流化床主要特性及流化类型(c)(d)(a)(b)pL(e)uuuuuu充分流态化时呈现类似液体的性质简化模型压力降临界流化速度流化床的流体力学LuLeu表观速度ppmpgA2()1650epmfdgu流化床的传热计算公式：()bwQsTT流化床传热机理流化床内温度分别流化技术在食品工业中的应用FluidizedheatingorcoolingFluidizeddryingFluidizedgranulation4-3常见流化床设备ConicbottomedFlatbottomedHorizontaldryingchambers4-3固体流态与气力输送气力输送ConicbottomedFlatbottomedHorizontaldryingchambers风机料仓进料段颗粒加速段膨胀段密相稀相弯管加速区高磨损区气－固分离气力输送原理气源颗粒进料与加速段稳定输送阶段气源气固分离器4-3固体流态与气力输送气力输送输送气流速度与流动状态的关系气力输送气体输送类型及装置吸引式低真空吸引气源真空度13kPa高真空吸引气源真空度0.06kPa气力输送压送式气源表压0.05－0.2MPa4-4非均匀相混合物的分离重力沉降应用气体的除尘悬浮液的增稠固体物料的分级固体物料的分类分级原理示意图4-4重力沉降的设备降尘室降尘室工作原理ttHutr停留时间：颗粒被分离出的条件：沉降时间：rLu尘粒在降尘室内的运动状态干扰沉降产生原因间歇沉降试验－观察悬浮液的沉聚过程沉降器间歇式，半连续式和连续式4-4非均匀相混合物的分离离心沉降离心沉降速度243ppTrduuruT为切向速度离心分离因素：22TcruKggrKc越大，设备分离效果越好4-4非均匀相混合物的分离离心沉降设备旋风分离结构与操作原理旋风分离的性能临界直径分离效率总效率粒级效率9ceipBdNu1201ccc121iipiiccc计算实例见教材P326例4－5标准旋风分离的粒级效率曲线粒级效率曲线标准旋风分离器的ηp－d/d50的曲线4-4非均匀相混合物的分离过滤过滤操作的基本概念过滤介质滤饼滤浆滤液助滤剂过滤阻力、推动力典型过滤操作程序过滤滤饼洗涤滤饼去湿滤饼卸除常见的过滤设备板框压滤机板框压滤机操作简图叶滤机转鼓真空过滤机流线式过滤机层滤器4-4非均匀相混合物的分离过滤基本方程过滤速度对于颗粒床层内的滞流流动K’=5滤饼阻力设，则上式变为：r为滤饼的比阻；R=rL为滤饼阻力。32'21cpdVuAdKaL——由康采尼公式得32251raccppdVAdrLR过滤阻力过滤阻力是R与Rm（过滤介质的阻力）之和过滤基本方程其中，，s为滤饼的压缩指数（0《s《1），对于不可压缩滤饼s＝0。K与滤浆有关与压差无关的过滤常数，K与滤浆和压差有关的过滤常数cmemppdVpAdrLLRR21'sedVApdvrVV'()srrp22edVKAdVV恒压过滤方程恒速过滤方程先恒速后恒压过滤方程过滤常数2222222()()eeeeeVKAVVVKAVVKA222eKVVVA间歇过滤的滤液量与过滤时间的关系222111()2()()2eKVVVVVA111112()()eqqqqqqKK取一系列q和τ值作图可得K和qe间歇过滤机的计算连续过滤机的计算2zwDALBZVLBZVQ过滤计算例子见教材P352例4－8总过滤面积框内总容积操作周期生产能力22eenQnVKAVn例子见教材P350例4－74-4非均匀相混合物的分离非沉降式转鼓离心机的工作原理转鼓内液体的表面积、体积和压力机内乳浊液的分离离心机内的过滤请进入第五章内容本章总结本章作业