文档介绍：3. 流体通过多孔介质的水力学
固定床流动的水头损失
清洁滤层:
层流条件下(~,~)
采用Kozeny方程(量纲一致)
比表面积a/v=Sv=6/d(球体);=6/ψdeq(不规则)
多孔介质中层流条件的判别指标
Camp(1964)
Kozeny方程的推导
Darcy-Weisbach方程:
基于多束毛细管模型
推导中的代换关系有:
对于更高滤速,采用Ergun公式,其适用于通过堆积床的层流、过渡流和惯性流整个流态范围(Re=1~2000):

说明:
①k2= ( 比表面积已知的固体);= (压碎的多孔介质)
②由于是V的平方函数,方程的第二项在高流速下成为优势。
③清洁滤层的水头损失决定于流量、粒径、孔隙率、球形度和水的粘度。
设计水头=清洁滤层水头+阻塞水头
阻塞水头(相同情况下的经验,或模型试验)
截污滤层:
当用过滤的方法对悬浮物进行澄清或分离时,其基本过程总是伴有过滤水头损失增长的现象,这主要是由于滤料颗粒间空隙中沉积物积累的结果。
在层流状态下,水头损失与滤速成正比。水头损失用Carman-Kozeny公式描述,即:
过滤开始时,清洁滤层内比表面积:
伴随着过滤过程的进行,滤层空隙中截留的悬浮物(沉积物)不断积累,滤料的空隙率、表面形状和比表面积s随之改变。在层流状态下,kk的值是一个定值。
滤层的空隙率与体积比沉积量V有以下关系:
在过滤过程中,水中的固体悬浮物不断被截留在滤层的表面,一方面引起滤层空隙率的减小,另一方面引起滤料颗粒粒径增大,因此滤层比表面积s在过滤过程中不断的变化。
描述比表面积s的模型:
①球形滤料模型:
②圆柱形毛细管模型:
③ Mackrle-Ives模型:
采用Mackrle-Ives模型,有:
截污滤层水头损失与清洁滤层水头损失增长梯度之比如下式;
流化床的水头损失
流态化:通过颗粒床的流体(气体或液体)上向流速足够大,可以使颗粒悬浮在流体中。
在上向流中,当流动属于层流时,流体通过床体的水头损失是低空塔流速的线性函数;对于较粗或较重的颗粒,这种关系在高流速,即Re跨入过渡区,Re>6时,变为指数关系。
流态化以后,床体膨胀,水头损失恒定,等于滤料的漂浮重量。
流态化以后的压降:
初始流态化点
最小流态化速度Vmf:流态化启动时的流体空塔速度,可以根据固定床和流化床水头损失曲线的交点定义(见前图)。
Ergun方程可用来计算Vmf。(△h= △p )
经验式:
无量纲Galileo数