冶金传输原理课程知识总结

第七章第二节归纳总结

一、 气固两相流动

固相：粒状固体料块和有料块堆集的散料层

料块在气体中的受力情况：

设有处于静止状态的一个球形料块，气体自下向上从其周围流过，其中的料块下降力为：

()16

)(3s s

d g

G π

ρρ-=

气体对料块的拖力为：

)

2(4

22

2s

d v k F πρ=

受力分析：当G>F 时，料块在气流中下降；G=F 时，料块处于受力平衡状态，

将在气流中悬浮不动；G

气体通过散料层的与上述情况相似，有三种不同流动状态： 1、固定料层流动（G>F ） 2、流化料层流动（G=F ），沸腾状态 3、气动输送过程（G

二、 固定料层流动

气体流过固定料层时的压力降己埃根方程

在工程计算中，通常以气体的体积流量和料层的总截面积（容器的总截面积）来定义流速，按流量公式有：

)

3(q 0

v 0

A =ν

式中， v q 为气体的体积流量，s

3

m

，0A 为料层的总截面积，2m 。

气流在孔隙中的的流速也可按流量公式定义：

)4(q v

A

=

ν

式中，A 为孔隙通道的总截面积，2m 。

由(3)、（4）两式得：

）（50

0A A =νν

料层孔隙率：

)6(0

0a b A A A L A L V V =

••==ω

式中，b V 为料层中孔隙的总体积，a V 料层总体积，L 为料层高度，比值ω为孔

隙率

料层孔隙的当量直径：

）（74b

b k A V D =

式中，b A 为料层中孔隙的总表面积。 料块总体积：

）（）（81-

a a a

b a s V V V V V V ωω-=-==

单位料块所具有的表面积为比表面积，有：

)9(-10s 0b a

V S V S A ）（ω==

把式（6）、（9）代入（7）的：

)10(-14-140a 0a k ）

（）（ωω

ωωS V S V D =

=

根据管束摩阻公式推得，气体通过散料层的压降(P ∆)公式，即埃根方程，为：

)

11()1(292.0)1(2.43

2

030220ωυωρωυωμ-+-=∆S S H P H 为散料层高度，μ为气体粘度，0υ为定义流速，ρ为气体密度。（11）式右侧第一项为黏性项，第二项为惯性项。若Re< 2,可忽略惯性项；当Re>100时可忽略黏性项，其中

）（ωμρυ-=

1e 0

S R

若料块为均匀球形料块，则：

)12(d )1(75.1d )1(1503

2

3202ωυωρωυωμ-+-=∆H P

式中d 为球形料块直径。

三、 料层特性记压降公式修正

1、 料层孔隙率

对于不规则料块，s V 和b V 很难计算，此时ω可按下述方法确定：

）（或13m m m m m m a

s

a a a s a V V V +

=+=

将式）

（ωω-==

1s

b

a V V V 代入（13）式得： ）（）（）（1411m m m s s

s b a a ωρρωωωρ-+=-+==V V V

式中，s ρρρ、、分别为料层平均密度、流体的密度、料块的密度。 2、 料块比表面积

料块比表面积与料块的形状有关。 （1） 均匀球体：

）

（15d 6

d

6

d 320=

=ππS

d 为球体直径。

（2） 均匀非球形料块以形状系数修正：

）（16d 6p

0λ=

S

式中p d 为换算直径。

（3） 料块粒度不等、非球体：

）（17d

60

λ

=

S

d 为平均筛分直径。

式（17）代入（11）得修正后的埃根方程：

)

18(d )1(75.1d )1(1503

2

32022ωυωρλωυωμλ-+-=∆H P

四、埃根方程的应用

1、气体通过散料层的流量

气体通过散料层时一般处于紊流状态，式（11）可简化为：

）（）（191292.02

030υω

ωρ-=∆S H P

得）（）（））

（（201292.02

12

1030

H P S ∆-=ωρωυ

料层结构一定时，0S 、、ωρ的组合为常数，令=D k ）（ωρω-1292.00

3

S ，式（20）

变为：）（）（）（21k 2

12

10H

P D ∆=

υ

D k 为料层渗透系数。

料层总面积为0A 时：气体体积流量为：

）（）（）（22k q 2

10

2

100v H

P A A D ∆==υ

2、散料层透气性指数

在紊流情况下，由式（18）得：

）（）（）或（23175.1A d q 175.1d 3

20

2v 32

ω

ωρλωωρλυ-=∆-=∆H P H P

0A 、、λρ一定时，令=k H

ρλ75.1A d 2

，式（23）变为：

）（）（241k q 3

2v

ω

ω-=∆P