固体流态化实验

一：实验目的：

1）. 观察聚式和散式流化现象；

2）. 掌握流体通过颗粒床层流动特性的测量方法；

3）. 测定床层的堆积密度和空隙率；

4）. 测定流化曲线（p~u曲线）和临界流化速度。

二：基本原理：

1）固体流态化过程的基本概念

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性质，这种流固接触状态称为固体流态化。而当流体通过颗粒床层时，随着流体速度的增加，床层中颗粒由静止不动趋向于松动。床层体积膨胀，流速继续增大至某一数值后，床层内固体颗粒上下翻滚，此状态的床层称为“流化床”。

床层高度L、床层压强降Δp对流化床表现流速u的变化关系如图（a）、（b）所示。图中b点是固定床与流化床的分界点，也称临界点，这时的表观流速称为临界流速或称最小流化速度

以u mf表示。

流化床的L、△P对流化床表观速度u的变化关系

图1—9 流化床的L、△P对流化床表观速度u的变化关系

对于气固系统，气体和粒子密度相差大或粒子大时气体流动速度必然比较高，在这种情况下流态化是不平稳的，流体通过床层时主要是呈大气泡形态，由于这些气泡上升和破裂，床层界面波动不定，更看不到清晰的上界面，这种气固系统的流态化称为“聚式流态化”。

对于液固系统，液体和粒子密度相差不大或粒子小、液体流动速度低的情况下，各粒子的运动以相对比较一致的路程通过床层而形成比较平稳的流动，且有相当稳定的上界面，由于固体颗粒均匀地分散在液体中，通常称这种流化状态为“散式流态化”。

2）床层的静态特性

床层的静态特性是研究动态特征和规律的基础，其主要特征（如密度和床层空隙率）的定义和测法如下：

(1) 堆积密度和静床密度ρb=M/V（气固体系）可由床层中的颗粒质量和体积算出，它与

床层的堆积松紧程度有关，要求测算出最松和最紧两种极限状况下的数值。

(2)静床空隙率ε=1-（ρb/ρs）

3）床层的动态特征和规律

(1)固定床阶段

床高基本保持不变，但接近临界点时有所膨胀。床层压降可用欧根（Ergun）公式表

示。

(1—29) 式中，右边第一项为粘性阻力，第二项为空隙收缩放大而导致的局部阻力。欧根采用的系数=150,=1.75。

数据处理时，要求根据所测数据确定，值并和欧根系数比较，将欧根公式

改

（1—30)

以、u分别为纵、横坐标作图，从而求得，

〔2〕流化床阶段

流化床阶段的压降可由下式表示：

(1—31)

数据处理时要求将计算值绘在曲线图上对比讨论。

(3) 临界流化速度

可通过实验测定，目前有许多计算的经验公式。当颗粒雷诺数

<5

（1—32）

式中,—颗粒平均直径

μ—流体粘度，Ns/

三：实验装置与流程:

该实验设备是由水、气两个系统组成，其流程如图所示。两个系统有一个透明二维床。床底部的分布板是玻璃（或铜）颗粒烧结而成的，床层内的固体颗粒是石英砂（或玻璃球）。

用空气系统作实验时，空气由风机供给，经过流量调节阀、转子流量计（或孔板流量计）、再经气体分布器进入分布板，空气流经二维床中颗粒石英砂（或玻璃球）后从床层顶部排出。通过调节空气流量，可以进行不同流动状态下的实验测定。设备中装有压差计指示床层压降，标尺用于测量床层高度的变化。

用水系统作实验时，用泵输送的水经水调节阀、转子流量计、再经液体分布器送至分布板，水经二维床层后从床层上部溢流至下水槽。

颗粒特性及设备参数列于表中。

固体流态化装置流

程

表1 －2装置的颗粒特性及设备参数

四：实验步骤与注意事项：

1)熟悉实验装置流程。

2)检查装置中各个开关及仪表是否处于备用状态。

3)用木棒轻敲床层,测定静床高度。

4)启动风机。

5)由小到大改变气(或液)量(注意:不要把床层内固体颗粒带出!),记录各压差计及流量计读数，注意观察床

层高度变化及临界流化状态时的现象，记录温度。

6)再由大到小改变气（或液）量，重复步骤（5），操作应平稳细致。

7)关闭电源，测量静床高度，比较两次静床高度的变化。

8)在临界流化点之前必须保证有六点以上数据，且在临界流化点附近应多测几个点。