3.4流体通过固体颗粒床层的流动3.4.2固体颗粒床层的特性第3章流体与颗粒之间的相对运动一、床层的空隙率二、床层的自由截面积三、床层的比表面积四、床层的当量直径.3.4.1固体颗粒群的特性3.3沉降分离一、床层的空隙率空隙率以ε表示空隙率的大小与下列因素有关：HA1.颗粒形状、粒度分布；2.颗粒直径与床层直径的比值；3.床层的填充方式。床层截面上未被颗粒占据的流体可以自由通过的面积，称为床层的自由截面积。二、床层的自由截面积Hu表观速度三、床层的比表面积床层的比表面积ab(m2/m3)：单位体积床层中具有的颗粒与流体接触的表面积。若忽略床层中颗粒间相互重叠的接触面积，则忽略颗粒间接触的表面积颗粒床层故三、床层的比表面积床层的比表面积也可用颗粒的堆积密度估算，即颗粒的堆积密度颗粒的真实密度四、床层的当量直径简化模型：将床层中不规则的通道假设成长度为L，当量直径为的一组平行细管，并且规定：（1）细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积；（2）细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积。流体在固定床颗粒之间流动非常复杂，不能精确描述。故作以下简化处理：HLuu表观速度颗粒床层的简化模型四、床层的当量直径根据上述假定，虚拟细管的当量直径为分子、分母同乘L，得以1m3床层体积为基准，则床层的流动空间为ε，1m3床层的颗粒表面积为床层的比表面积ab，故四、床层的当量直径3.4流体通过固体颗粒床层的流动3.4.1固体颗粒群的特性3.4.2固体颗粒床层的特性3.4.3流体通过固体颗粒床层的压降第3章流体与颗粒之间的相对运动流体通过固体颗粒床层的压降.3.3沉降分离采用上述简化模型，压力降为流体通过固体颗粒床层的压降床层实际流速以表观（空床）流速表示，则流体通过固体颗粒床层的压降床层雷诺数令床层的摩擦系数，是床层雷诺数的函数康采尼（Kozeny）方程欧根（Ergun）方程流体通过固体颗粒床层的压降习题第3章:7**第3章流体与颗粒之间的相对运动3.3沉降分离3.3.2离心沉降3.3.1重力沉降一、惯性离心力作用下的沉降速度二、离心沉降设备.一、惯性离心力作用下的沉降速度离心沉降—依靠惯性离心力的作用实现的沉降过程。R↓或ut↑，Fc↑当流体带着颗粒旋转时，若，惯性离心力会使颗粒在径向上与流体发生相对运动而飞离中心。如图FcRuT惯性离心力向心力阻力颗粒的圆周运动速度颗粒与流体在径向上的相对速度离心力场中颗粒在径向的受力：一、惯性离心力作用下的沉降速度ORFcFtFd上述三个力达到平衡时，平衡时,颗粒在径向上相对于流体的运动速度ur是它在此位置上的离心沉降速度：离心沉降速度ΣF＝0注意：ur是R的函数。一、惯性离心力作用下的沉降速度分离因数ur与ut（重力沉降）比较：ut式中的g改为—颗粒所在位置上的惯性离心力场强度与重力场强度之比。①反映离心分离设备性能的重要指标；②采用离心沉降时，可加快沉降过程；③高速离心机的Kc值可达100000以上。一、惯性离心力作用下的沉降速度利用超重力条件下，气-固体系或气-液体系的独特行为，强化相与相之间的相对运动和相互接触,实现高效的传质、传热和反应过程。一、惯性离心力作用下的沉降速度超重力技术的基本原理：获取超重力的方式：通过转动设备整体或部件形成离心力场。应用领域：纳米材料制备、水处理、环境保护、化学反应、分离等。用于含尘气体的分离：颗粒分离方法50μm重力沉降5μm旋风分离5μm袋虑器或湿法扑集二、离心沉降设备1.旋风分离器旋风分离器(实物图）（1）结构与工作原理标准旋风分离器结构排气管D1=D/4；出灰口D2=D/4；二、离心沉降设备进口高h=D/2；进口宽B=D/4；筒径D圆筒高H1=2D；锥体高H2=2D；排气管与进气口间距S=D/8旋风分离器.swf工作原理含尘气体切向进入，双层螺旋形运动。主要除尘区外旋流的上部是主要除尘区器内压力变化规律pD底部密封：防止出灰口或集尘室粉尘重新卷起二、离心沉降设备（2）旋风分离器的性能①临界粒径dc—指能被旋风分离器完全分离下来的最小颗粒，是判别分离效率高低的重要指标。假设：入口气体严格按螺旋线作等速