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第4章流体通过颗粒层的流动概述由众多固体堆积而成的静止颗粒层称为固定床。
工业生产中流体通过固定床流动的典型例子：1. 固定床反应器----催化剂颗粒堆积成的固定床。
2. 悬浮液的过滤----悬浮液中颗粒沉积形成的滤饼可看成固定床．本章重点考查流体通过固定床的基本流动规律和过滤操作规律。
４.2 颗粒床层的特性颗粒床层由不同大小和形状的颗粒组成，流体在其中的流动与管内流动类似。
但颗粒床层内的流道尺寸不同，形状各异，具有复杂的网状结构。
对其特性的了解应从组成通道的颗粒着手。
4.2.1 单颗粒的特性 ()球形颗粒的几何特性可用单一参数d p全面表示，如：体积：（４－１）面积：（４－２）球形颗粒比表面积：（４－３）非球形颗粒：非球形颗粒的几何特征不能用单一参数全面表示，通常以某种等当的球形颗粒近似表示，以使所考查领域内非球形颗粒的特征与球形颗粒等效。
此球的直径称d e。
当量直径可用不同方式定义。
(1). 体积当量直径：使当量球形颗粒的体积等于实际颗粒的体积V。
（４－４）(2). 面积当量直径：使当量球形颗粒的表面积πd es2等于实际颗粒的表面积S。
（４－５）(3). 比表面当量直径：使当量球形颗粒的6/d ea等于实际颗粒的比表面积a（４－６）非球形颗粒的形状系数：对非球形颗粒，只以一个当量直径不能确定其几何特征，因此定义形状系数。
（４－７）4．2．2 颗粒群特性由不同大小、形状颗粒组成的颗粒群，各单个颗粒的尺寸不会完全一样。
颗粒群的大小分布用筛分分析得出。
筛分分析——用一组具有不同大小筛孔的利用筛孔的机械阻挡，将颗粒群按其粒度范围分为若干子群即对其分布进行测定（为促使颗粒通过筛孔，筛面应作某种运动）。
通过筛孔的颗粒量称为筛过量，截留于筛面的颗粒量称为筛余量。
称取各筛面上的颗粒筛余量，即得筛分分析基本数据，筛分分析适用于>70μm的颗粒 ()标准筛--不同国家采用不同的标准筛制，其筛孔为正方形时，其尺寸可直接用边长（mm）表示；也可用筛号或筛目（筛网单位长度上的孔数）表示。
第一节流体绕过颗粒及颗粒床层的流动1.1颗粒、颗粒群及颗粒床层的特性一、单个颗粒的性质形状规则（球形）的颗粒：大小：用颗粒的某一个或某几个特征尺寸表示，如球形颗粒的大小用直径d p表示。
比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，其单位为m2/m3，对球形颗粒为：形状不规则（非球形）的颗粒：(1)颗粒的形状系数：表示颗粒的形状，最常用的形状系数是球形度Φs，它的定义式为：相同体积的不同形状颗粒中，球形颗粒的表面积最小，所以对非球形颗粒而言，总有Φs<1。
当然，对于球形颗粒，Φ=1。
(2) 颗粒的当量直径：a.等体积当量直径d evb.等比表面积当量直径d ea对于非球形颗粒，若体积当量直径为d e:二、颗粒群的特性粒度分布(Particle size distributions)粒度分布测定方法（筛分分析）：常用筛分法，再求其相应的平均特性参数。
---泰勒（Tyler）标准筛（表3-1）颗粒粒度(Particle size)对于工业上常见的中等大小的混合颗粒，一般采用一套标准筛进行测量，这种方法称为筛分。
用表格表示：筛孔尺寸——颗粒质量；用图表示：颗粒尺寸——质量分率分布函数：质量分数w i（＜d pi）与d pi频率函数：质量分数w i（d pi）与颗粒群的平均特性参数：颗粒群的平均粒径有不同的表示法，常用等比表面积当量直径来表示颗粒的平均直径，则混合颗粒的平均比表面积αm为：由此可得颗粒群的比表面积平均当量直径d m为：三、颗粒床层的特性(1)床层的空隙率:单位体积颗粒床层中空隙的体积（ε），即：ε是颗粒床层的一个重要特性，它反映了床层中颗粒堆集的紧密程度，其大小与颗粒的形状、粒度分布、装填方法、床层直径、所处的位置等有关。
一般颗粒床层的空隙率为0.47～0.7。
(2)床层的比表面积单位体积床层中颗粒的表面积称为床层的比表面积。
（忽略颗粒间的接触面积）影响αb的主要因素：颗粒尺寸。
一般颗粒尺寸越小，αb越大。
4 流体通过颗粒层的流动武汉工业学院化学与环境工程学院胡廷平内容提要4.1 颗粒床层性质4.2 过滤原理及设备叶滤机、板框压滤机、回转真空过滤机 4.3 过滤过程计算(重点)4.1.2 流体流过固定床的压降（1）床层简化模型表面积相同空隙相同同压降（阻力）模型假设变换filtrate4.2.1.2 两种过滤方式（1）滤饼过滤（cakefiltration）过滤介质：织物介质“架桥”现象颗粒在过滤介质表面形成滤饼层滤饼是有效的过滤介质适用于体积浓度＞1%，颗粒尺寸较大的悬浮液（2）深层过滤（deep bed filtration）过滤介质：固体颗粒堆积而成的床层固体颗粒沉积在床层内部适用于体积浓度＜0.1%，颗粒尺寸细小的悬浮液4.2.1.3 过滤介质（filtering medium）（1）织物介质：由天然或合成的纤维编织而成的滤布、滤网（2）多孔性固体介质：由玻璃、陶瓷、塑料等烧结成（3）堆积介质：由固体颗粒或非编织纤维堆积而成4.2.1.4 滤饼的压缩性（1）不可压缩性滤饼(incompressible cake)操作压差↑，滤饼空隙率不变，单位厚度滤饼阻力不变（2）可压缩性滤饼(compressible cake)操作压差↑，滤饼空隙率↓，单位厚度滤饼阻力↑3.2.1.5 滤饼的洗涤目的：回收滤液、净制滤饼4.2.2 过滤设备压滤和吸滤：叶滤机、板框压滤机、回转真空过滤机等离心过滤：离心过滤机3.2.2.1 板框压滤机（plate-and-frame filter press）（1）结构板、框交替排列压合而成板：板上有槽洗涤板：有洗涤通路与板槽相连非洗涤板框：滤浆可进入框内，滤饼在框内形成 过滤面积：A＝2na2滤饼体积：V c＝na2b过滤阶段滤浆→滤浆通道→框内→过滤洗涤阶段洗液→洗涤液通道→洗涤板两侧凹槽→横穿滤饼层→过滤板→流出（3）特点：结构简单，过滤面积大且易调整、过滤推动力大 间歇操作，劳动强度大4.2.2.2回转真空过滤机（转筒真空过滤机）（rotary-drum vacuum filter）4.2.2.3 叶滤机(pressure leaf filter)4.2.2.4 厢式过滤机(recessed plate filter/chamber press)工作原理4.2.2.5 离心过滤机(centrifuge filter)（2）讨论：①K值与悬浮液性质、操作压差有关，对于指定的悬浮液，只有在压差不变时才不变，并不是普遍意义上的常数。
流体通过颗粒及颗粒床层的流动基础知识对于单颗粒而言可分为两种情况：球形颗粒：主要参数为颗粒直径p d ，V 、S 、比表面a 都可以用其表示。
由于球形颗粒对称性很强，因而处理一般问题时相对简单不少。
非球形颗粒：处理这种问题主要是向球形靠拢。
类似于物化中的γ提出了球形度φ的概念。
主要参数为当量直径ev d 和φ。
前者为与非球形颗粒体积相同的球形颗粒直径。
这样一来，V 、S 、a 、ea d 、es d 也都可以用这两个量表示了。
对于颗粒群来讲，感觉有两个新的知识点：粒度分布与平均直径。
前者有3种表示方法：直接列表或者是采取与随机数学中概率密度函数和概率分布函数相类似的粒度分布和粒度密度函数。
平均直径：pm i pi d =1/(x /d )∑在处理流化床的临界流化速度等问题中都要用到。
流体对颗粒的影响（曳力的计算及沉降的相关问题）对光滑球体来说，2/(/2)D p D F A C u ρ= 其中，p A 为流动方向上的颗粒投影面积。
D C 为曳力系数。
ρ为流体密度。
u 为流体与颗粒的相对速度。
（这一点不难理解，但是在固体流态化方面，对相对速度这一概念的理解感觉非常重要）用因此分析法可得：(Re )D p C f =对层流区（Re p <2）来说，24/Re D p C ＝ 从而可解出：D F =3μπdpu ，即：,D F u μ∝ 对过渡区（2Re 1000p <<）来讲：0.61.40.615.8/Re ,D p D C F u μ⇒∝＝对湍流区：D C =0.44，2D F u ∝对湍流区边界层：0.1D C ＝以上四个方面，层流区、过渡区的公式比较重要，处理的相关问题也以这两种为主。
求出颗粒在有相对速度的流体中所受的曳力后，就可以解决固体颗粒在液体中的沉降问题了。
以重力沉降为例：层流区：24/Re D p C ＝2()/18t p p u d g ρρμ=- 这一公式又称斯托克斯公式，应用很广，在后面的传热、蒸发等章节都有出现。
带颗粒物质的流体流动流体是指具有流动性质的物质，如水、空气等。
而带颗粒物质的流体流动即在流体中存在着固体颗粒，在流动过程中这些颗粒与流体相互作用，产生不同的现象和特性。
本文将探讨带颗粒物质的流体流动的特点、相关现象以及其在工程和自然界中的应用。
一、颗粒物质对流体流动的影响在一般的流体流动中，流体本身的性质决定了流动的特点，如流速、流量等。
然而，在带颗粒物质的流体中，颗粒物质的存在却会对流动产生影响。
1. 颗粒物质的阻力颗粒物质与流体之间存在着相互作用力，这会导致颗粒物质对流动产生阻力。
当流体通过颗粒物质时，由于颗粒的存在，流体分子在颗粒表面附近会受到一个向内的作用力，使得流体受阻并降低流速。
因此，在带颗粒物质的流体中，流动的阻力会比纯流体更大。
2. 颗粒物质的碰撞和沉积带颗粒物质的流体中，颗粒物质之间以及颗粒物质与流体之间存在着碰撞作用。
当颗粒物质的大小和浓度适中时，颗粒之间的碰撞不会导致颗粒物质聚集，而是会保持分散状态。
然而，当颗粒物质浓度较高时，颗粒之间的碰撞会导致聚集和沉积的现象发生，从而影响流体的流动。
3. 颗粒物质的悬浮与沉降在带颗粒物质的流体中，较小的颗粒物质往往会悬浮在流体中，通过浊度等参数可以评估颗粒物质的悬浮情况。
而较大的颗粒物质则会受到重力的影响而沉降到底部。
因此，在流体中存在着颗粒物质的悬浮与沉降现象，这会导致流体的混浊度和均匀度发生变化。
二、带颗粒物质的流体流动的现象带颗粒物质的流体流动不仅具有上述影响，还会产生一些特殊的现象。
下面将介绍几种常见的现象。
1. 颗粒物质的堵塞和磨损在一些工程和管道中，由于含有颗粒物质的流体经过时，颗粒物质会堆积在管道内部或设备表面，导致堵塞和磨损的问题。
这种现象在煤矿输送系统、河流和海洋的泥沙运输等情况下经常发生。
2. 颗粒物质的分离和聚集当流体中带有颗粒物质时，由于物理、化学或电磁等作用力的影响，颗粒物质可能会发生分离或聚集的现象。
这在一些固液分离的工艺中十分常见，如沉淀、过滤等。
