41化工原理第4章最新版本.ppt

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概述


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概述
本章考察流固两相物系中固体颗粒与流体间的
相对运动。在流固两相物系中，不论作为连续相的
流体处于静止还是作莫种运动，只要固体颗粒的密
度 大于流体的密度 ，那么在重力场中,固体颗
粒将在重力方向上与流体做相对运动，在离心力场
中，则与流体作离心力方向上的相对运动。
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颗粒的沉降运动
流体对固体颗粒的绕流
静止流体中颗粒的自由沉降
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流体与固体颗粒之间的相对运动可分为以下三
种情况：
①颗粒静止，流体对其做绕流；
②流体静止，颗粒作沉降运动；
③颗粒与流体都运动，但保持一定的相对运动。
流体对固体颗粒的绕流
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（1）两种曳力—表面曳力和形体曳力
回顾第1章流体沿固体壁面流过的阻力分为两类：表
皮阻力（即表面摩擦阻力）和形体阻力（边界层分离产
生旋涡），绕流时颗粒受到流体的总曳力:
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（1）两种曳力—表面曳力和形体曳力
FD与流体 、 、相对流速 有关，而且受颗粒的形状与定向的影响，问题较为复杂。至今，只有几何形状简单的少数情况才可以得到FD的理论计算式。例如，粘性流体对球体的低速绕流（也称爬流）时FD的理论式即斯托克律（Stokes）定律为：
当流速较高时，Stokes定律不成立。因此，对一般流动条件下的球形颗粒及其其他形状的颗粒，FD的数值尚需通过实验解决。
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（2）曳力（阻力）系数
对球形颗粒，
用因次分析并整理后可得：
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球形颗粒 的曲线在不同的雷诺数范围内可用公式表示如下：
，层流区，Sokes定律区：
，过渡区，Allen定律区：
，湍流区，Newton定律区：
（2）曳力（阻力）系数
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静止流体中颗粒的自由沉降
（1）沉降的加速段
将一个表面光滑的球形颗粒置于静止的流体中，若，颗粒在重力
的作用下沿重力方向作沉降运动，此时颗粒受到哪些力的作用呢？
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根据牛顿第二定律得：
或者 ：
开始瞬间， ， 最大，颗粒作加速运动。
静止流体中颗粒的自由沉降
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