2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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1、,,4.1 概述,,,,,,4.2 顆粒床層的特性,顆粒與流體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性與顆粒本身的特性密切相關(guān),因而首先介紹顆粒的特性。,表述顆粒特性的主要參數(shù)為顆粒的形狀、大?。w積)及表面積。(一)球形顆粒不言而喻,球形顆粒的形狀為球形,其尺寸由直徑d來確定,其它有關(guān)參數(shù)均可表示為直徑d的函數(shù),諸如,球形顆粒比表面積:?jiǎn)挝惑w積固體顆粒所具有的表面積,用以表征顆粒表面積大小。,4.2.1 單一顆粒的特性,工程中,經(jīng)常將非球形顆粒以

2、某種“當(dāng)量”的球形顆粒來代替,以使非球形顆粒的某種特性與球形顆粒等效,這一球粒的直徑為當(dāng)量直徑。當(dāng)量直徑表示非球形顆粒的大小。根據(jù)不同方面的等效性,通常有三種表示方法;  (1). (2). (3). 這三個(gè)當(dāng)量長(zhǎng)度在數(shù)值上是不等的,三者之間的關(guān)系是:,→,非球形顆粒的形狀系數(shù)ψ:對(duì)非球形顆粒,只以一個(gè)當(dāng)量直徑不能確定其幾何特征,因此定義形狀系數(shù):,工業(yè)中遇到的顆粒群可分為

3、兩類:若顆粒群是由大小不同的粒子組成的集合體,稱為非均一性粒子或多分散性粒子;而將具有同一粒徑的顆粒群稱為單一性或單分散性粒子。顯然,多分散性粒子才需討論其粒度分布和平均參數(shù)。 不同粒徑范圍內(nèi)所含粒子的個(gè)數(shù)或質(zhì)量稱為粒度分布。顆粒粒度的測(cè)量方法有篩分法、顯微鏡法、沉降法、電感應(yīng)法、激光衍射、動(dòng)態(tài)光散射法等,這里介紹篩分法,篩分分析適用于>70μm的顆粒 。,4.2.2 顆粒群的特性,粒度分布的篩分分析

4、 篩分分析是在一套標(biāo)準(zhǔn)篩中進(jìn)行的,標(biāo)準(zhǔn)篩的篩網(wǎng)為金屬絲網(wǎng),各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)篩的規(guī)格不盡相同,常用的泰勒制是以每英寸邊長(zhǎng)的孔數(shù)為篩號(hào),稱為目。例如100目的篩子表示每英寸篩網(wǎng)上有100個(gè)篩孔。下表是泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩的目數(shù)和對(duì)應(yīng)孔徑的節(jié)錄。,通過篩孔的顆粒量稱為篩過量,截留于篩面的顆粒量稱為篩余量。相鄰篩間尺寸變化通常為 倍。,泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩,分布函數(shù)--某號(hào)篩(篩孔尺寸為dpi)的篩過量(質(zhì)量)占試樣總量的分率(Fi)。不同篩號(hào)的Fi與d

5、pi標(biāo)繪在圖上,成為分布函數(shù)曲線。其特性為:(1) 對(duì)應(yīng)某一尺寸dpi的Fi值表示直徑小于dpi的所有顆粒占全部試樣的質(zhì)量分率;(2) 在該批試樣的顆粒最大直徑處,其Fi=1。,篩分分析結(jié)果--粒度分布常用分布函數(shù)曲線或頻率函數(shù)曲線表示.,頻率函數(shù)--某號(hào)篩面上篩余量占全部試樣的質(zhì)量分率xi , 將不同篩號(hào)的fi與dpi標(biāo)繪在圖上,成為頻率函數(shù)曲線,其特性為:(1)在一定粒度范圍內(nèi)的顆粒占全部顆粒的質(zhì)量分率等于該粒度范圍內(nèi)頻率函數(shù)

6、曲線下的面積 ;原則上講,粒度為某一定值的顆粒的質(zhì)量分率為0。(2)頻率函數(shù)曲線下的全部面積等于1.,顆粒群的平均直徑:為簡(jiǎn)便起見,常用某個(gè)平均或當(dāng)量直徑來代替顆粒群的粒度分布。平均直徑可用長(zhǎng)度平均、表面積平均、體積平均或比表面積平均直徑表示,它們可按顆粒計(jì)數(shù)平均或按篩分結(jié)果(質(zhì)量分率)平均。對(duì)本章所考查的小顆粒,因其流動(dòng)阻力主要由顆粒層中固體表面決定,所以采用比表面積平均直徑dm :,式中:m--顆??傎|(zhì)量㎏。ρp --為顆粒密度

7、mi--相鄰篩號(hào)間顆粒質(zhì)量㎏,其直徑為dpi,(一)床層的空隙率 床層中顆粒之間的空隙體積與整個(gè)床層體積之比稱為空隙率(或稱空隙度),其大小反映床層 顆粒堆積疏密程度。以ε表示,即,4.2.3 床層特性,大量固體顆粒堆積在一起便形成顆粒床層。靜止的顆粒床層又稱為固定床。對(duì)流體通過床層流動(dòng)產(chǎn)生重要影響的床層特性有如下幾項(xiàng):,床層的空隙率它影響著: ?、倭黧w的通過能力或床層阻力;  ②床層的總體積。,(二) 床層的各向同性

8、,床層流通截面積/床層截面積=ε,(二) 床層的壁效應(yīng),空隙率在床層同一截面上的分布是不均勻的,在容器壁面附近,空隙率較大;而在床層中心處,空隙率較小。器壁對(duì)空隙率的這種影響稱為壁效應(yīng)。 壁效應(yīng)使得流體通過床層的速度不均勻,流動(dòng)阻力較小的近壁處流速較床層內(nèi)部大。改善壁效應(yīng)的方法通常是限制床層直徑與顆粒直徑之比不得小于某極限值。若床層直徑D/顆粒直徑dp>10,壁效應(yīng)可忽略。,(三)床層的比表面積

9、 床層的比表面積是指單位體積床層中具有的顆粒表面積(即顆粒與流體接觸的表面積)。如果忽略床層中顆粒間相互重疊的接觸面積,對(duì)于空隙率為ε的床層,床層的比表面積aB(m2/m3)與顆粒物料的比表面積a具有如下關(guān)系: aB=a(1-ε),固定床層中顆粒間的空隙形成可供流體通過的細(xì)小、曲折、互相交聯(lián)的復(fù)雜通道。流體通過如此復(fù)雜通道的流動(dòng)阻力很難進(jìn)行理論推算。本節(jié)采用數(shù)學(xué)模型法規(guī)劃實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)研究方法

10、。-----它是不同于量綱分析法的另一種實(shí)驗(yàn)的規(guī)劃方法。,4.3 流體通過固定床流動(dòng)的壓力降,4.3.1 顆粒床層的簡(jiǎn)化模型,細(xì)小而密集的固體顆粒床層具有很大的比表面積,流體通過床層的流動(dòng)多為爬流,流動(dòng)阻力基本上為粘性摩擦阻力,同時(shí)使整個(gè)床層截面速度的分布均勻化,另一方面卻在床層兩端造成很大壓降。工程上感興趣的是壓降。 為解決流體通過床層的壓力降計(jì)算問題,在保證單位床層體積表面積相等(即aB)地前提下,將顆粒床層內(nèi)實(shí)際流

11、動(dòng)過程大幅度加以簡(jiǎn)化,以便可以用數(shù)學(xué)方程式加以描述。 經(jīng)簡(jiǎn)化而得到的等效流動(dòng)過程稱之為原真實(shí)流動(dòng)過程的物理模型。,簡(jiǎn)化模型是將床層中不規(guī)則的通道假設(shè)成長(zhǎng)度為L(zhǎng)e,當(dāng)量直徑為de 的一組平行細(xì)管,并且規(guī)定:(1)細(xì)管的內(nèi)表面積等于床層顆粒的全部表面積。(2)細(xì)管的全部流動(dòng)空間等于顆粒床層的空隙容積;在上述簡(jiǎn)化條件下,以1m3床層體積為基準(zhǔn),細(xì)管的當(dāng)量直徑可表示為床層空隙率ε及比表面積aB的函數(shù),即,aB,由簡(jiǎn)化

12、物理模型知,流體通過復(fù)雜幾何邊界的壓降已簡(jiǎn)化成通過一組當(dāng)量直徑為de,長(zhǎng)度為L(zhǎng)e均勻細(xì)管的壓降。,流體壓降的數(shù)學(xué)模型 根據(jù)前述簡(jiǎn)化模型,流體通過一組平行細(xì)管流動(dòng)的壓降為:,注意,L與le不等。左式指的是:?jiǎn)挝淮矊痈叨鹊奶摂M壓強(qiáng)差.重力忽略時(shí),即壓降.,康采尼常數(shù),床層雷諾數(shù),,,當(dāng)Re100時(shí)第一項(xiàng)可以忽略,ε隨裝填情況而變,所以ε的選取要十分慎重,4.4 過濾原理及設(shè)備,4.4.1 過濾原理:,,,,,,,,,,,,,

13、,,,,,,,,,排列方式:板、框交替,個(gè)數(shù)可調(diào)。,濾框、 濾板— 洗滌板,非洗滌板。,操作周期:組裝→過濾→洗滌→卸渣→整理。,操作方式:間歇操作,,,轉(zhuǎn)動(dòng)盤,固定盤,1-轉(zhuǎn)筒;2-分配頭;3-洗滌水噴嘴,4-刮刀;5-懸浮液槽;6-抖攪器,1、2-與濾液儲(chǔ)槽相通的槽;3-與洗液相通的槽;4、5-通壓縮空氣的孔,,,,,,,4.5 過濾過程計(jì)算,過濾速率:?jiǎn)挝粫r(shí)間通過單位面積的濾液體積,可表示為 ,單位為m/s

14、。過濾過程中,濾液通過濾布和濾餅的流速較低,其流動(dòng)一般處于層流狀態(tài),處于康采尼公式適用的低雷諾數(shù)范圍。,2.過濾基本方程式,濾液通過過濾介質(zhì)的阻力可視為通過單位過濾面積獲得某當(dāng)量濾液量qe所形成的虛擬濾餅層的阻力。,Ve=Aqe為形成與過濾介質(zhì)阻力相等時(shí)濾餅層所得的濾液量,m3,此法稱為參數(shù)歸并法,K值直接由實(shí)驗(yàn)測(cè)得,K、qe——過濾常數(shù)K單位是m2/s ,在恒壓下為一常數(shù)。,常數(shù)r反應(yīng)了濾餅的特性,成為濾餅的比阻。比阻r數(shù)值的大小

15、反映了過濾操作的難易程度。不可壓縮濾餅的比阻r僅取決于懸浮液的物理性質(zhì):α (ε不變)可壓縮濾餅的比阻r則隨操作壓差的增加而加大,一般服從:S、r0均為實(shí)驗(yàn)常數(shù) S稱為壓縮性指數(shù)不可壓縮濾餅s=0,可壓縮濾餅s=0.2~0.8硅藻土 s=0.01 碳酸鈣 s=0.19 氫氧化鋁s=0.9,4.5.2間歇過濾的濾液量與過濾時(shí)間的關(guān)系,(1)過濾操作方式   隨著過濾的進(jìn)行,濾液量不斷增加,濾餅層的

16、厚度會(huì)不斷增大,故過濾阻力也不斷增大。若維持過濾壓差不變,那么過濾速度就會(huì)不斷下降,而若要維持過濾速度不變,就要不斷增大過濾壓差。在過濾計(jì)算中,將前一種操作方式稱為恒壓過濾,后一種操作方式稱為恒速過濾。這是工業(yè)生產(chǎn)上兩種典型的過濾操作方式。工業(yè)上所使用的過濾機(jī)大多為間歇式,不宜于在整個(gè)過程中都采用恒壓過濾或恒速過濾。因?yàn)樵诤銐翰僮鏖_始階段,過濾介質(zhì)表面還沒有濾餅層生成,較小的顆粒會(huì)穿過介質(zhì),得到的是渾濁的濾液,或使介質(zhì)的孔道堵塞,造成較

17、大的阻力;而在恒速過濾操作的后期,為維持恒定的過濾速度,必須將過濾壓力增大到較大值,這會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的泄露或動(dòng)力設(shè)備超負(fù)荷。為克服這些問題,可在過濾開始時(shí)采用較小的壓力,以后不斷地使之提高至預(yù)定值,而后則在恒壓下進(jìn)行過濾,稱為先恒速后恒壓過濾。,,,注意:速率為常數(shù),并不代表q和K是常數(shù),q隨著時(shí)間的增加而增加。,隨著時(shí)間的增加,q值不斷增加,則K/2(q+qe)不斷減小,速率dq/dτ不斷減小,[恒壓過濾討論]:恒壓過濾時(shí)濾液體積與過濾

18、時(shí)間的關(guān)系為拋物線;當(dāng)過濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì),則:,,測(cè)定過濾常數(shù)一般在恒壓下進(jìn)行,,,,r,洗滌過程計(jì)算的內(nèi)容:確定使用一定量洗滌液 時(shí)所需要的洗滌時(shí)間。為此需要確定洗滌速率。洗滌速度是單位時(shí)間通過單位面積的洗滌液量 。如果洗滌液量為VW ,則濾餅的洗滌時(shí)間為τW,,當(dāng)單位面積的洗滌液用量qw已經(jīng)確定,則:,則洗滌速率與最終過濾速率相等,,,,4.6 加快過濾速率的途徑,助濾劑:改變?yōu)V餅結(jié)構(gòu),使之較為疏松且不被壓縮

19、,則可提高過濾與洗滌速率。助濾劑多為剛性較好的多孔性粒狀或纖維狀材料,如常用的硅藻土、膨脹珍珠巖、纖維素等絮凝劑:使分散的細(xì)顆粒凝聚成團(tuán)從而更容易過濾。絮凝劑有聚合電解質(zhì)類的如明膠、聚丙烯酰胺等,其長(zhǎng)鏈高分子結(jié)構(gòu)為固體顆粒架橋而成絮團(tuán);也有無機(jī)電解質(zhì)類的絮凝劑,其作用為破壞顆粒表面的雙電層結(jié)構(gòu)使顆粒依靠范德華力而聚并成團(tuán)流動(dòng)或機(jī)械攪動(dòng):限制濾餅厚度的增長(zhǎng),或者借用離心力使濾餅在帶錐度的轉(zhuǎn)鼓中自動(dòng)移動(dòng)等動(dòng)態(tài)過濾技術(shù),也可以有效地提高過

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