第十四講：兩相動量傳輸簡介一、本課的基本要求

⒈

了解氣固兩相流動的三種狀態⒉

了解孔隙度及料塊比表面積的概念⒊

掌握埃根方程的應用第一章動量傳輸二、本課的重點、難點：重點：埃根方程的應用。難點：埃根方程的推導及應用。第一章動量傳輸§1.7兩相動量傳輸簡介兩相流動：氣-液兩相，氣-固兩相共同存在時的流動。1.7.2氣-固兩相流動固相：粒狀的固體料塊和由料塊堆集的散料層，氣-固兩相流動可視為氣體通過料塊或散料層的流動。舉例：煉鐵生產過程的下降爐料與上升煤氣的流動，噴粉氣動輸送過程。⒈氣-固兩相流動的三種狀態第一章動量傳輸浮力：N3Sad6gG×p×=rp重力：

N

S3Ssd6gG××=r合成下降力N

拖力(對氣體而言是阻力)：N⒉固定料層流動（煉鐵方向）目的：求解散料層阻力損失，即氣體通過散料層產生的壓力降。第一章動量傳輸?????????íì<=>噴粉脫硫、高爐噴吹氣動輸送過程料塊隨氣流上升料塊懸浮于氣流中沸騰狀態流化料層流動料塊于原位不動氣體在料塊孔隙間流過爐煉鐵高爐、化鐵爐等豎固定料層流動料塊于氣流中下降FGFGFG)()(方法：管束理論。⑴埃根方程先介紹幾個有關的定義：Vb

孔隙總體積；S

孔隙總表面積。①孔隙的當量直徑：

(1)

②孔隙度：(2)

V0

料層總體積；A

孔隙的總截面積；A0

料層的總截面積；(3)VS

料塊的體積。第一章動量傳輸③料塊的比表面積:單位體積料塊所具有的孔隙表面積，以S0表示，則(4)

實際④截面空速：(5)

將(2)、(4)代入(1)得：

(6)根據管流摩阻的解析式，P57(1-4-5a)第一章動量傳輸可將作為管束看待的散料層降表達為：(7)k

待定阻力系數。(5)、(6)代入(7)將上式改寫為:

修正阻力系數；

修正雷諾準數。

通過實驗確定(8)第一章動量傳輸埃根等人通過大量的實驗工作獲得：將fC及ReC代入(9)式，整理得：(10)均勻球形料塊：，代入上式得第一章動量傳輸)(9?CCC??íì+=<<=>=<..)(.)(.)(2920Re24f100Re22920f100ReRe24f2ReCCCCC過渡區紊流區層流區埃根方程(11)⑵埃根方程的修正：根據散料層的特性(孔隙度

、比表面積S0)修正，還要考慮到料層圍壁的影響。①孔隙度

：料塊的形狀顆粒的組成，料塊的排列方式。一般情況是根據實測數據來確定。②比表面積S0及形狀系數

：均勻球形料塊：例如：高爐煉鐵的礦石、焦炭、石灰等都不是球形，都有一定的形狀系數。第一章動量傳輸均勻非球形料塊：DS

同體積球體直徑。粒度大小不等的料塊：

平均篩分直徑；xi

質量分率，di

兩篩幾的平均直徑。直徑小于(

m)5075100125150175360克質量(g)060180270330360第一章動量傳輸代入(10)式得：埃根方程的另一形式(12)DS不易確定，Dcp計算結果近似，較為實際的方法是以(10)式直接計算壓降，而料塊的S0則通過實驗確定。③圍壁效應:現象：高爐上料時的自動篩分現象。邊緣：

大，氣流多。 中心：小，氣流少。引起氣流分布不均

圍壁效應。通過實驗得出圍壁效應對埃根方程的影響，由實驗結果可知第一章動量傳輸設計高爐時，應注意避免圍壁效應

矮胖型。⑶埃根方程的應用:高爐生產。例如：計算氣體通過散料層的流量及壓降、料層的透氣性指數；分析氣體壓力對散料層壓降的影響。①氣體通過散料層的流量紊流狀態，則由(10)式得:即料層結構一定m/s第一章動量傳輸流量m3/s

kD

料層滲透系數，由實驗確定。②散料層的透氣性指數透氣性指數說明散層氣體流量與壓降的特征關系。在紊流條件下，由(12)式得:或

透氣性指數；

透氣性指數與

有關。

除供料條件外，與操作制度有關。高爐操作的重要參數。第一章動量傳輸③氣體壓力對料層壓降的影響氣體在較高的壓力下流過散料層時，根據推導

標準狀態下

強化冶煉措施：高壓操作？第一章動量傳輸⒊氣動輸送過程（煉鋼方向）⑴氣動輸送過程的實現圖1-7-5P96第一章動量傳輸第一章動量傳輸區域II(B-C-D段)：料層膨脹段 0A

層流區：

AB

紊流區：

區域III(D-E段)：流化料層流動

略有增加區域IV(E點以后)：氣動輸送過程。流化極限速度，按

=1時料塊自由沉降速度計算，對球球形料塊為(G=F)：區域I(0~B段)：固定料層流動m/sdS

球形料塊直徑，非球形料塊當量直徑或平平均篩分直徑；k

球體繞流摩阻系數，決定于Re數。⑵氣動輸送的最降低氣流速度w

氣流速度；wS

料塊速度；wmax

料塊自由沉降速度。第一章動量傳輸實際料塊群的氣動輸送，徐G、F外，還有料塊和料塊與器壁間的阻力。R

校正系數。D

輸送管道直徑；

S

摩擦系數，經驗值。料塊速度MS

料塊質量流量。水平管道的氣動輸送中，料塊的浮流動過程較垂直輸送復雜，此時料塊要在更多作用力的平衡下，才能懸浮于氣流中運動。第一章動量傳輸為保證料塊浮于氣流中并隨之水平流動，氣流速度要較大地超過料塊的極限速度，以保證料塊水平輸送的一定速度，不同輸送情況下的氣流速度經驗值可參閱有關文獻。⑶氣動輸送過程的壓降損失目的：確定氣動輸送系統的氣源供氣壓力。設計：風量？補充例題：氣動輸送系統參數計算。第一章動量傳輸按（2）式計算校正系數k和氣體流速W：

（取=0.005）用空氣輸送煤粉的一上升管，管徑D=0.5m；煤粉輸送量為Ms=50kg/s；煤粉顆粒直徑ds=5×10-4m，煤粉密度ρs=1.4×103kg/m3；空氣的密度ρ=1.0kg/m3；料層孔隙度=0.99。計算：煤粉輸送速度w及所需的空氣流速w。解：按（3）式計算Ws：w第一章動量傳輸

（取k=0.