二、流域转变
?固定床
?散式流化与聚式流化?最小（起始）流化?颗粒分类
?流域转变
?稳定性分析
2.1 固定床
?规则排布?随机排布?双粒径
?非球形颗粒?径向分布?压降分析
2.1.1
规则排布
Fig.2.1 Two basic packing layers of monosize spheres: square layer (90) and simple rhombic layer (60).
?可以数学推导?仅随排布方式变化?
不考虑颗粒间力
(a)
(b)(c)
(d)
(e)
Fig.2.2 six possibla arranges of monosize spheres---one cubic (2a), two orthorhombic (2b and 2c), one tetragonal-spheroidal(2d), two rhombohedral(2e)
2.1.2 随机排布
?空隙率需要实验测定?浓密堆积（0.37-0.39）?松散堆积（0.4-0.42）
?
For the loosest square packing, the critical diameter ratio can be expressed as
2.1.3
双粒径分布
?
For the tightest rhombohedral
packing, the critical diameter
ratio can be expressed as
●
临界粒径比
2.1.3 双粒径分布
球形颗粒的二元混合物，其堆积依赖于粒径比和质量分分率
X b : volume fraction of large particles
εs : voidage of a packed bed with small particles alone εb : voidage of a packed bed with large particles alone
X min : volume fraction of large particles where the voidage of the binary mixture is the minimum
2.1.4 非球形颗粒
?依赖于球形度、堆积方式
?实验测量
When the ratio of particle diameter to the bed
diameter is less than 0.02, the correction for wall effect becomes negligible.
Propster and Szekely, 1977.
2.1.5 径向分布
?壁面影响颗粒分布?
不同粒径混合减小影响范围
?
1856年Darcy 由下图所示的实验得到流体通过颗粒床层时流体流量与压降的关系
●
Darcy 定律
21()/Q KA h h h
=-Q: 流量, m 3/s
A: 颗粒层横截面积, m 2H: 颗粒层的高度, m
h 1-h 2: 床层两端压差，由液压计
所得, ?p=ρg(h 1-h 2), m K:
常数
?
Darcy 定律仅在一定的流速范围内正确。高速时由于出现湍流，低速时由于固液相之间表面分子力作用，其线性关系遭到破坏。
●
Darcy
定律
渗流过程中流速与压差的关系
?细管模型（pipe flow analogy model）：单位
体积床层所具有的表面积对流动阻力有决定性的作用，以此为前提，将床层中不规则通道假设（简化）
的一组平行细管，并且满足：为长度为L
e
?细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面；
?细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙体积。
颗粒比表面积a
床层空隙率ε
?由Ergun方程测量球形度
?低Re数，粘滞力主导
By carrying out the experiment with a packed bed of irregular particles and by draining the liquid in a laminar flow from the height H0 to H1, the time, t, required can be determined. (Yang, 2004)
定性而言，流体在低流速下向上流过颗粒床层，形成固定床。如果流速较大，颗粒就会在流体中悬浮，形成流化床。若流速很高，颗粒就会随流体从系统中带走。
若流体速度增大到高于流化床的临界流化速度，将出现两
种可能：
?床层连续膨胀，以致颗粒间平均距离加大；
?过量流体以气泡形式通过床层，形成两相共存的系统
这两种类型分别称为“散式”流态化和“聚式”流态化。
一般而言，液-固系统及仅限于一定流速范围的颗粒很细的
气-固系统呈散式流态化。其它气固系统和一些固体密度大
的液固系统都呈聚式流态化.
哈里森(Harrison) 等人(1961)提出，所形成的流态化类型与流态化床中能存在的最大稳定气泡（bubble）的大小有关，如果气泡内气体的循环速度(近似等于气泡上升速度〕超过颗粒的终端速度，颗粒就被吸入气泡尾部，气泡因此趋于消毁。气泡上升速度随气泡体积的增大而增大，最大稳定气泡的大小随流体中颗粒终端沉降速度的增大而增大。若气泡过大，比如说10 倍于颗粒的直径，气泡就很明显，呈聚式流态化，但如果气泡的大小与颗粒的直径具同一量级，气泡与间隙中的气体就不再有所差别，流态化表现为散式。因此，气-固系统多数表现为聚式流态化，而液固系统多数为散式流态化。