Bài giảng các quá trình cơ học chương 9 trạng thái tâng sôi khối hạt

Khái niệm: Trong các thiết bị của ngành Công Nghệ Hoá

Học, thường gặp hiện tượng tương tác giữa khối hạt và

dòng lưu chất chuyển qua khối hạt đó, ứng với vận tốc nào đó thì khối hạt linh động hẳn lên, hiện tượng đó gọi là

trạng thái tầng sôi của khối hạt.

Sự tác động tương hỗ giữa khối hạt và dòng lưu chất đánh giá bằng chuẩn số đồng dạng Reynolds (của hạt)

υ

= µ

ρ

Re

CHƯƠNG 9: TRẠNG THÁI TẦNG SÔI KHỐI HẠT

1 CHẾ ĐỘ CHẢY

2 VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT

 Khi hạt chuyển động trong ống, hình (H 9.1) sẽ chịu các lực sau :

• Trọng lực G = mg = Vr.ρr.g; N

• Lực đẩy Archimede Ar = Vr.ρ.g; N

• Lực cản môi trường ; N

2

v ρ A C

=

 Vận tốc cân bằng

Định nghĩa: “Vận tốc của dòng lưu chất theo phương

đứng đưa hạt vào trạng thái cân bằng lực, thì vận tốc đó

gọi là vận tốc cân bằng”

s / m

;

C

d

g 3

ρ

ρ - ρ

2 VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT (tt)

 Xét khi:

 v = vcb: hạt ở trạng thái lơ lửng

 v > vcb: hạt bị lôi cuốn theo dòng chảy

 v < vcb: hạt lắng xuống (xảy ra quá trình lắng)

 Công thức tính vận tốc cân bằng có hệ số Cr là hệ số trở lực của hạt

 Vùng chảy tầng:

r

Re

5 ,

18

C =

2 VẬN TỐC CÂN BẰNG CỦA HẠT (tt)

 Chuẩn số Archimede

2 r

3 g

d Ar

µ

ρ ρ

µ

C

gd 3

4

d

Re

r

r 2

2

2 2

4) - 9 (

Ar 3

4

= C

 Chuẩn số Lia – Sen – cô, ký hiệu LY

2 3 v LY

Ar

3 Re LY

2

3 cb

v LY

3 CÁC CHUẨN SỐ ĐỒNG DẠNG (tt)

4.1 Tính theo phương pháp tính lặp

Lần lượt như sau:

• Chọn trước giá trị v’cb

• Kê đên tính Re, sẽ tìm ra vùng nào để có Cr

• Đem Cr thê vào (9 – 3)

• Nêu vcb = v’

cb chính là kêt quả, nêu vcb ≠ v’

cb thì chọn lại v’

cb và tính lặp từ đầu

4.2 Tính theo phương pháp chế độ chảy

Trình tự như sau:

• Trước hêt tính Ar, nêu:

• Khi đã biêt Re thì tính:

2 1

4 , 1 1

33 , 0

Ar Re

84000 Ar

9 , 13

Ar Re

84000 Ar

6 , 3

18

Ar Re

6 , 3 Ar

4 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH VẬN TỐC CÂN BẰNG

4.3 Tính theo phương pháp đồ thi

s / m

; d

s / m

;

g

ρ

ρ - ρ μ

4.4 Tính theo phương pháp chuẩn số

Ar 61

, 0 18

Ar Re

• Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa trở lực lớp hạt ∆p và vận tốc trung bình dòng lưu chất v

5 HIỆN TƯỢNG GIẢ LỎNG CỦA LỚP HẠT (tt)

I – Lớp hạt trạng thái tĩnh: điểm A gọi là điểm tới hạn, là điểm bắt đầu chuyển hạt từ trạng thái tĩnh sang trạng thái linh động và vận tốc điểm A gọi là vận tốc tới hạn vk

II – Lớp hạt giả lòng: là các hạt ở trạng thái lơ lửng, trở lực qua lớp hạt không đổi, vận tốc tại điểm B gọi là vận tốc cân bằng của hạt và được gọi là vận tốc bắt đầu lôi

cuốn vt Trở lực vùng II tính theo:

Vùng II gọi là vùng trạng thái tầng sôi của lớp hạt, vận tốc dòng lưu chất: vk < v < vt

 III – Là vùng hạt bị lôi cuốn theo dòng chảy v > vt

Độ xốp ε của lớp sôi xác định theo phương trình chuẩn số

Reynolds tới hạn Rek tại điểm A, hình (H9.4) cũng xác định theo phương trình chuẩn số

Đặt biệt khi ε0 = εk = 0,4 thì

Ar 22

, 5 1400

Re 36 , 0 Re

Ar Re

3 0

3 0

0

k

ε

+ ε

• Từ công thức (9 – 13) và (9 – 14) ta tìm được vk

• Gọi hệ số tầng sôi là tỉ số giữa vận tốc làm việc trong thiêt bị tầng sôi chia cho vận tốc tới hạn – ký hiệu Kv

Có ba dạng thiêt bị tầng sôi thông dụng như sau:

 Thiết bi một tầng sôi

7 CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI

 Thiết bi nhiều tầng sôi 7 CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt)

 Thiết bi tầng sôi nhiều ngăn 7 CẤU TẠO THIẾT BỊ TẦNG SÔI (tt)

Bài 1 Hạt thạch anh hình cầu d = 0,9mm, ρr = 2659kg/m 3 chịu tác động của dòng nước theo phương đứng Tính vận tốc cân bằng của hạt thạch anh đó.

Từ công thức (9 – 5): Bài giải

3 3 2

r

3

10 18 , 1

= 10

10 1000 1000

2659 10

9 ,

0

=

g

Ở đây nước ở 20 0 C là: µ = 1cP và ρ = 1000 kg/m 3

Tìm trên giản đồ hình (H9.2) – đường 6 trên trục hoành lấy Ar =

1,18.10 4 chiêu sang bên phải đọc Re = 140

sm15,

010

.9,0.10

10

Bài 2 Dòng nước có khối lượng riêng ρ = 1000kg/m 3 và độ nhớt µ

= 1,3cP chảy theo phương đứng với vận tốc v = 0,5m/s thì sẽ tạo

trạng thái cân bằng cho hạt phấn hình cầu; biêt khối lượng riêng

của phấn là ρr = 2710kg/m 3 Xác định đường kính d hạt phấn đó?

10 10 3 , 1

1000

5 ,

0 g

v

−

= ρ

− ρ µ

ρ

Trên giản đồ hình (H9.2) tiên hành tra cứu như sau:

•Từ LY = 5,72.10 3 nằm trên trục tung kéo sang phải cắt đường hạt cầu 1

•Gióng xuống cắt đường 6

•Gióng qua phải cắt Re

•Đọc Re = 1800

mm 68

,

4 5

, 0 1000

10 3 , 1

1800 d

3

=

8 BÀI TẬP

Bài 3 Tạo tầng sôi bằng cách thổi dòng khí vào một khối

lượng hạt G = 188kg trong thiêt bị tầng sôi hình trụ có đường kính D = 1000mm, chiều cao lớp hạt tĩnh h0 = 500mm, khối lượng riêng hạt ρr = 800kg/m3, đường kính trung bình của hạt d = 1,86mm

• Tính lưu lượng dòng khí thổi qua lớp hạt sao cho đạt độ xốp ε = 0,5 biêt khối lượng riêng không khí ρk = 0,8kg/m3

và độ nhớt 1,5.10-5 Pa.S ?

• Tính hệ số tầng sôi?

Bài giải bài tập 3

Bài giải bài tập 3 (tt)

8 BÀI TẬP

Bài 4 Dùng thiêt bị tầng sôi để sấy muối bột xuất khẩu,

biêt kích thước trung bình của hạt muối d = 0,68.10-3m; khối lượng riêng của muối ρr = 1100 kg/m3 Đưa vào sấy tầng sôi bằng dòng không khí nóng ở nhiệt độ t = 2000C, và khối lượng riêng dòng khí đó ρk = 0,7kg/m3, độ nhớt

µk = 2,8.10-5 Pa.S

Biêt chiều cao lớp muối ở trạng thái tĩnh h0 = 0,1m ứng với ε0 = 0,32 Hãy tính chiều cao lớp sôi h khi đạt hệ số

Kv = 2,5

Bài giải

Bài giải bài tập 4 (tt)