固體流態(tài)化試驗(yàn)

1、4固體流態(tài)化實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握測定顆粒靜態(tài)床層時(shí)的靜床堆積密度p b和空隙率£的方法；(2)測定流體通過顆粒床層時(shí)的壓降A(chǔ) pm與空塔氣速u的曲線和臨界流化速 Umf；實(shí)驗(yàn)原理4.2.1 固定床1)根本概念當(dāng)流體以較低的空速 u通過顆粒床層時(shí)床層仍處于靜止?fàn)顟B(tài),稱這種固體顆粒床層為固定床.床層的靜態(tài)特性是研究床層動(dòng)態(tài)特性和規(guī)律的根底,其主要的特征有靜床堆積密度 Pb和空隙率£兩個(gè),它們的定義分別如下：1 .靜床堆積密度：pb=M/V,它由靜止床層中的固體顆粒的質(zhì)量M除以靜止床層的體積 V計(jì)算而得.p b數(shù)值的大小與床層中顆粒的堆積松緊程度有關(guān),因此pb在流體通過顆粒床層

2、時(shí)不是一個(gè)定值,如顆粒床層在最緊與最松兩種極限狀態(tài)時(shí),pb就有兩種數(shù)值,它們的大小在床層最緊與最松時(shí)分別測量出相應(yīng)的床層高度就可以計(jì)算得到.2 .靜床空隙率£ : £ =1 - ( p b/ p s),它是由顆粒的靜床堆積密度p b和固體顆粒密度 p s計(jì)算而得.2)固定床階段壓降 Apm與空速u的關(guān)系當(dāng)流體通過固定床的空速較小時(shí),床層的高度根本不變； 當(dāng)流體空速趨于某一臨界速度時(shí),顆粒開始松動(dòng),床層才略有膨脹.因此,在此臨界速度以前,單位高度的床層的壓降 (Apn/L)與空速U的關(guān)系可由歐根公式來表示,并把歐根公式改寫成如下形式：pmULK1 一(dm)2K2Jdm式(1

3、)中,以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的空速 u為橫坐標(biāo),以(Apm/uL)為縱坐標(biāo)畫圖得一直線,從直線的 斜率中求出歐根系數(shù) K2,從直線的截距中計(jì)算出歐根系數(shù)K1.4.2.2 流化床1)根本概念當(dāng)流體空速趨近某一臨界速度um時(shí),顆粒開始松動(dòng),床層略有膨脹,床層高度有所增加；當(dāng)空速繼續(xù)加大,此時(shí)固體顆粒懸浮在流體中作上下、自轉(zhuǎn)、搖擺等隨機(jī)運(yùn)動(dòng),好象沸騰的液體在翻騰,此時(shí)的顆粒床層稱為流化床或沸騰床,臨界速度umf稱為起始流化速度.流化床現(xiàn)象在一定的流體空速內(nèi)出現(xiàn),在此流速范圍內(nèi),隨著流速的加大,流化床高度不斷增加,床層空隙率相應(yīng)增大.流化床根據(jù)流體有性質(zhì)不同,可分為以下兩種類型.1 .散式流化一一假設(shè)流化床中固體

4、顆粒均勻地分散于流體中,床層中各處空隙率大致相等, 床層有穩(wěn)定的上界面,這種流化型式稱為散式流化.當(dāng)流體與固體的密度相差較小時(shí)會(huì)發(fā)生散式流化,如液-固體系.2 .聚式流化一一對氣固體系,因流化床中氣體與固體的密度相差較大,氣體對固體的浮力很小,氣體對顆粒的支撐主要靠曳力, 此時(shí)氣體通過床層主要以大氣泡的形式出現(xiàn),氣泡上升到一定高度處會(huì)自動(dòng)破裂, 造成床層上界面有較大的波動(dòng), 這種氣固體系的流態(tài)化稱為 聚 式流化.2)流化床階段壓降 A pm與空速u的關(guān)系1 .流化床層的壓降 Apm對散式流化,流化階段床層修正壓強(qiáng)降A(chǔ) pm等于單位截面積床層固體顆粒的凈重,即 pm= m( p s - p )g

5、/(A p s)=L(1 - s )( p s - p )g(2)(2)說明,散式流化過程床層壓降不隨流體空速的變化而變化.對于聚式流化,由于氣泡的 形成與破裂,流化床層的壓降會(huì)有波動(dòng),流化床層的壓降曲線形狀與散式流化壓降曲線形狀 有一定的差異.2 .起始流化速度Umf起始流化速度Umf可由固定床與流化床兩階段的“壓降空速曲線的交點(diǎn)求出.另外,假設(shè)起始流化時(shí)的雷諾數(shù) Rm<,那么可用白井-李伐公式計(jì)算起始流化速度：0.943 I ( S )11.82Umf8.024 10 鼻 dm假設(shè)Rnf>10,那么由式(3)計(jì)算得到的Umf還須乘以校正系數(shù).實(shí)驗(yàn)裝置流程固體流態(tài)化裝置流程圖對空

6、氣石英砂體系,流動(dòng)白空氣由鼓風(fēng)機(jī).4提供,依次經(jīng)過氣體流量調(diào)節(jié)閥.3、氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)C2、溫度計(jì)O及氣體分布板后,穿過石英砂組成的床層,最后床層頂部.10排出.空氣的流量由氣體流量計(jì)讀出,空氣通過床層的壓降由 U形壓差計(jì)讀出,床層高度的變化由標(biāo)尺桿測出.對水石英砂體系,其實(shí)驗(yàn)裝置流程與空氣石英砂體系大體相似.操作步驟(1)用木棒輕輕敲打床層,使床層高度均勻一致,并測量出首次靜床高度;(2)翻開電源,啟動(dòng)風(fēng)機(jī)；(3)調(diào)節(jié)氣體流量從最小刻度開始,然后氣體流量每次增加h,同時(shí)記錄下相應(yīng)的空氣流量、空氣溫度、床層壓降等上行原始數(shù)據(jù).最大氣體流量以不把石英砂帶出床層為準(zhǔn).(4)調(diào)節(jié)氣體量從上行的最大流量

7、開始,每次減少h,直至最小流量,記錄相應(yīng)的下行原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).(5)測量結(jié)束后,關(guān)閉電源,再次測量經(jīng)過流化后的靜床高度.比擬兩次靜床高度的變化.(6)在臨界流化點(diǎn)之前必須保證有六點(diǎn)以上數(shù)據(jù),且在臨界流化點(diǎn)附近應(yīng)多測幾個(gè)點(diǎn).實(shí)驗(yàn)報(bào)告1).在直角坐標(biāo)紙上作出 pu曲線.2),利用固定床階段實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),求取歐根系數(shù),并進(jìn)行討論分析.3).求取實(shí)測的臨界變化速度,并與理論值進(jìn)行比擬.4),對實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象,運(yùn)用氣(液)體與顆粒運(yùn)動(dòng)的規(guī)律加以解釋.思考題1),從觀察到的現(xiàn)象,判斷屬于何種流化2),實(shí)際流化時(shí),p為什么會(huì)波動(dòng)3),由小到大改變流量與由大到小改變流量測定的流化曲線是否重合,為什么4),流體分布板的作用是什么實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理結(jié)果例如實(shí)驗(yàn)裝置：1#;實(shí)驗(yàn)溫度：27 ;靜床高度：143mm;起始流化高度：146.5m m石英砂密度=