《固体流态化实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固体流态化实验（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4固体流态化实验4.1实验目的(1) 掌握测定颗粒静态床层时的静床堆积密度P b和空隙率的方法；(2) 测定流体通过颗粒床层时的压降 pm与空塔气速u的曲线和临界流化速umf；4.2实验原理m4.2.1固定床1) 基本概念当流体以较低的空速u通过颗粒床层时床层仍处于静止状态，称这种固体颗粒床层为固 定床。床层的静态特性是研究床层动态特性和规律的基础，其主要的特征有静床堆积密度 P b和空隙率两个，它们的定义分别如下：1. 静床堆积密度：P b=M/V,它由静止床层中的固体颗粒的质量M除以静止床层的体积V计 算而得。P b数值的大小与床层中颗粒的堆积松紧程度有关，因此P b在流体通过颗粒床层时
2、不是一个定值，如颗粒床层在最紧与最松两种极限状态时，P b就有两种数值，它们的大小 在床层最紧与最松时分别测量出相应的床层高度就可以计算得到。2. 静床空隙率 : =1- (P b/P s),它是由颗粒的静床堆积密度P b和固体颗粒密度P s计算而得。SS2) 固定床阶段压降 p与空速u的关系当流体通过固定床的空速较小时，床层的高度基本不变；当流体空速趋于某一临界速度 时，颗粒开始松动，床层才略有膨胀。因此，在此临界速度以前，单位高度的床层的压降 ( Pm/L)与空速u的关系可由欧根公式来表示，并把欧根公式改写成如下形式： Pm _ K（1 -8）2 十 K（1 -一）P UuL 1 s3（甲
3、d ）22 3 甲d式(1)中，以实验数据的空速u为横坐标，以( p/uL)为纵坐标画图得一直线，从直线的 m斜率中求出欧根系数k2,从直线的截距中计算出欧根系数。4.2.2流化床 211) 基本概念当流体空谏趋近某一临界谏度umf时，颗粒开始松动，床层略有膨胀，床层高度有所增 加：当空谏继续加大，此时固体颗粒悬浮在流体中作上下、自转、摇摆等随机运动，好象沸 腾的液体在翻腾，此时的颗粒床层称为流化床或沸腾床，临界速度umf称为起始流化速度。流化床现象在一定的流体空谏内出现，在此流谏范围内，随着流速的加大，流化床高度 不断增加，床层空隙率相应增大。流化床根据流体有性质不同，可分为以下两种类型。1
4、. 散式流化若流化床中固体颗粒均匀地分散于流体中，床层中各处空隙率大致相等， 床层有稳定的上界面，这种流化型式称为散式流化。当流体与固体的密度相差较小时会 发生散式流化，如液-固体系。2. 聚式流化对气固体系，因流化床中气体与固体的密度相差较大，气体对固体的浮力 很小，气体对颗粒的支撑主要靠曳力，此时气体通过床层主要以大气泡的形式出现，气泡上 升到一定高度处会自动破裂，造成床层上界面有较大的波动，这种气固体系的流态化称为聚 式流化。2) 流化床阶段压降 pm与空速u的关系1.流化床层的压降 Pm对散式流化，流化阶段床层修正压强降 Pm等于单位截面积床层固体颗粒的净重，即 Pm= m( P s
5、- P )g/(A p s)=L(1 - )( P s - P )g(2)(2)表明，散式流化过程床层压降不随流体空速的变化而变化。对于聚式流化，由于气泡的 形成与破裂，流化床层的压降会有波动，流化床层的压降曲线形状与散式流化压降曲线形状 有一定的差异。2.起始流化速度umf起始流化速度u可由固定床与流化床两阶段的“压降空速”曲线的交点求出。另外， mf若起始流化时的雷诺数Rmf10,则0由式计算得到的umf还须乘以校正系数。4.3实验装置流程固体流态化装置流程图对空气石英砂体系，流动的空气由鼓风机提供，依次经过气体流量调节阀、气体 转子流量计9、温度计及气体分布板后，穿过石英砂组成的床层，最
6、后床层顶部排出。 空气的流量由气体流量计读出，空气通过床层的压降由U形压差计读出，床层高度的变化由 标尺杆测出。对水石英砂体系，其实验装置流程与空气石英砂体系大体相似。4.4操作步骤(1) 用木棒轻轻敲打床层，使床层高度均匀一致，并测量出首次静床高度；(2) 打开电源，启动风机；(3) 调节气体流量从最小刻度开始，然后气体流量每次增加0.5m3/h，同时记录下相应的空 气流量、空气温度、床层压降等上行原始数据。最大气体流量以不把石英砂带出床层为准。(4) 调节气体量从上行的最大流量开始，每次减少0.5m3/h，直至最小流量，记录相应的下 行原始实验数据。(5) 测量结束后，关闭电源，再次测量经
7、过流化后的静床高度。比较两次静床高度的变化。(6) 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。4.5实验报告1) .在直角坐标纸上作出pu曲线。2) .利用固定床阶段实验数据，求取欧根系数，并进行讨论分析。3) .求取实测的临界变化速度，并与理论值进行比较。4) .对实验中观察到的现象，运用气(液)体与颗粒运动的规律加以解释。4.6思考题1) .从观察到的现象，判断属于何种流化？2) .实际流化时，p为什么会波动？3) .由小到大改变流量与由大到小改变流量测定的流化曲线是否重合，为什么？4) .流体分布板的作用是什么？4.7实验数据记录及数据处理结果示例实验装置：
8、1#；实验温度：27 ；静床高度：143mm;起始流化高度：146.5m m石英砂密度=2.65g/cm3硅胶密度=0.87 g/cm3流量V(m3/h)上行压差(mmH2O)下行压差(mmH2O)流量V(m3/h)上行压差(mmH2O)下行压差(mmH2O)2.56.76.86.518.820.03.08.28.17.021.620.73.59.99.87.521.721.44.011.311.18.021.821.64.513.412.8921.821.95.015.315.99.52221.95.517.117.71022.1226.020.519.010.521.922图形实验结果：K1=809.0,K2=3.54, u mf=0.263m/s
