第5讲 理想流动与非理想流动

第二章理想流动反应器研究反应器中的流体流动模型是反应器选型、设计和优化的基础。

根据流体流动质点的返混情况｛理想流动模型非理想流动模型本章主要介绍理想流动模型的反应器，包括平推流反应器和全混流反应器。

§2.1反应器流动模型反应器中流体流动模型是相对连续过程而言的。

间歇反应器：反映温度、浓度仅随时间而变，无空间梯度所有物料质点在反应器内经历相同的反应时间连续反应器：停留时间相同：平推流反应器（图示）停留时间不同：全混反应器（图示）一、理想流动模型1、平推流模型活塞流或理想置换模型特点：沿物流方向，反应混合物T、C不断变化，而垂直于物流方向的任一截面（称径向平面）上物料的所有参数，如：C、T、P、U等均相同。

总而言之，在定态情况下，沿流动方向上物料质点不存在返混，垂直于流动方向上的物料质点参数相同。

实例：长径比很大，流速较高的管式反应器。

2、全混流模型理想混合或连续搅拌槽式反应器模型特点：在反应器中所有空间位置的物料参数（C、T、P）都是均匀的，而且等于物料在反应器出口处的性质。

实例：搅拌很好的连续搅拌槽式反应器。

关于物料质点停留时间的描述：①年龄：指反应物料质点从进入反应器时算起已经停留的时间。

②寿命：指反应物料质点从进入反应器到离开反应器的时间，即质点在反应器中总共停留的时间。

寿命可看作时反应器出口物料质点的年龄。

关于返混：返混：又称逆向混合，是指不同年龄质点之间的混合，即“逆向”为时间上得逆向，而非一般的搅拌混合。

如间歇反应器，虽然物料被搅拌均匀，但并不存在返混，而只是统一时间进入反应器的物料之间的混合。

平推流反应器不产生返混，而全混流反应器中为完全返混，返混程度最大。

关于实际反应器的返混。

介于平推流和全混流反应器之间。

关于各种反应器的推动力：△C A等温下：C A、C Af、C A *(a)间歇反应器△C A随时间变化↘(b)平推流反应器△C A随时间变化↘(c)全混流反应器△C A随时间变化↘非理想流动反应器，其反应推动力介于平推流和全混流之间。

理想流体与非理想流体理想流体和非理想流体是流体力学中两个重要的概念，它们分别描述了流体在不同条件下的行为特征。

本文将探讨理想流体和非理想流体的定义、特点以及在实际应用中的差异。

一、理想流体的特点理想流体是指在流体力学计算中假设的一种理想情况，具有以下特点：1. 不可压缩性：理想流体假设是不可压缩的，在其内部不存在体积的变化。

这种假设在一些求解速度较低的流体问题中是有效的。

2. 无粘性：理想流体假设是没有粘性的，即在流体的内部不存在黏滞阻力。

这种假设在一些较为简单的流体问题中适用。

3. 完全可压缩性：理想流体具有完全可压缩性，即在流体内部可以自由传播压力波，以及体积变化。

这种假设在一些高速流动问题的研究中是有效的。

二、非理想流体的特点非理想流体是指真实流体在某些条件下表现出来的特性，与理想流体相比，非理想流体具有以下特点：1. 可压缩性：非理想流体是可压缩的，其在流动过程中体积会发生变化。

这种特点需要通过压缩性方程进行描述，并在一些压缩性流体力学问题中得以应用。

2. 粘性：非理想流体存在粘性，即在流体的内部存在阻碍流动的摩擦力。

粘性在真实流体的运动中起着重要的作用。

3. 熵增：非理想流体的流动过程中熵会增加，熵增可以用来描述非可逆过程的发生。

这种特性在实际流体力学问题中需要考虑。

三、理想流体与非理想流体在应用中的差异理想流体和非理想流体在实际应用中存在一定的差异，主要表现在以下几个方面：1. 流动模型选择：在计算流体力学中，对于不同的流动问题，需要选择合适的模型来描述流体的行为。

对于一些简单的流体问题，可以使用理想流体模型进行计算；而对于一些需要考虑非可压缩性、粘性等因素的流动问题，则需要采用非理想流体模型。

2. 计算方法：针对理想流体和非理想流体的不同特点，需要采用不同的计算方法进行求解。

对于理想流体，可以采用欧拉方程或拉格朗日方程等计算方法进行求解；而对于非理想流体，需要考虑压缩性方程、黏性方程等因素，采用相应的计算方法进行求解。

第五章停留时间分布与反应器流动模型重点掌握：∙停留时间分布的实验测定方法和数据处理。

∙理想反应器停留时间分布的数学表达式。

∙返混的概念。

∙非理想流动模型（离析流模型、多釜串联模型和扩散模型）的模型假定与数学模型建立的基本思路，模型参数的确定。

∙利用扩散模型和多釜串联模型的反应器计算。

深入理解：∙停留时间分布的概念和数学描述方法。

∙停留时间分布的数字特征和物理意义。

广泛了解：∙流动反应器中的微观混合与宏观混合及其对反应器性能的影响。

停留时间分布与流动模型对于连续操作的反应器,组成流体的各粒子微团在其中的停留时间长短不一，有的流体微团停留时间很长，有的则瞬间离去，从而形成了停留时间的分布。

正如前面针对理想流动反应器的分析，停留时间分布的差异对反应系统的性能有很大影响，值得进一步深入探讨。

全混流和活塞流模型对应着不同的停留时间分布，是两种极端的情况，实际反应器中的流动状况介于上述两种极端情况之间。

本章将针对一般情况讨论停留时间分布及其应用问题，对于实际反应器的设计与分析非常必要。

具体内容包括：停留时间分布的概念与数学描述停留时间分布的统计分析理想流动反应器的停留时间分布非理想流动现象分析发几种常见的非理想流动模型非理想反应器设计与分析流动反应器中流体的混合及其对反应器性能的影响第一节停留时间分布一、举例说明停留时间及其分布∙间歇系统：不存在RTD；∙流动系统：存在RTD问题。

可能的原因有：∙不均匀的流速（或流速分布）∙强制对流∙非正常流动-死区、沟流和短路等流动状况对反应的影响釜式和管式反应器中流体的流动状况明显不同，通过前面对釜式和管式反应器的学习，可以发现：∙对于单一反应，反应器出口的转化率与器内的流动状况有关；∙对于复合反应，反应器出口目的产物的分布与流动状况有关。

二、寿命分布和年龄分布区别在于：前者指反应器出口流出流体的年龄分布，而后者是反应器中流体的年龄分布。

三、系统分类系统有闭式系统和开式系统之分。