3.流体通过多孔介质的水力学 3.1固定床流动的水头损失 清洁滤层: 层流条件下(0.5mm~1.0mm,4.9~12.2m/h) 采用 Kozeny方程(量纲一致) h ku(1-ey/ L pg 比表面积a/V=S=6d(球体);=6/4dq(不规则) 多孔介质中层流条件的判别指标 <60Camp(1964
3. 流体通过多孔介质的水力学 3.1 固定床流动的水头损失 清洁滤层： 层流条件下（0.5mm~1.0mm，4.9~12.2m/h） 采用Kozeny方程（量纲一致） 比表面积a/v=Sv ＝6/d（球体）；=6/ψdeq（不规则） 多孔介质中层流条件的判别指标 Re = 6.0 Camp（1964） deqV
Kozeny方程的推导 Darcy- Weisbach方程: LU h=f D(2 基于多束毛细管模型 g 水力半径≈单佼体积滤床的空隙水体积 单位体积滤床的颗粒表面积 推导中的代换关糸有: D=4r U (层流) Re=16/(基于空陳流速)
Kozeny方程的推导 Darcy-Weisbach方程: 基于多束毛细管模型 推导中的代换关系有： D( g) LU h f 2 2 = 单位体积滤床的颗粒表面积 单位体积滤床的空隙水体积 水力半径 ( )a v r − = 1 D = 4r V U = (层流) ' Re 64 f = (基于空隙流速) = r v 4 Re
对于更高滤速,采用 Ergun公式,其适用于通过堆积床的 层流、过渡流和惯性流整个流态范围(Re=1~2000): h4.171(1-E)2,a )2V+k26 (85) L 说明 ①k2=0.29(比表面积已知的固体);=0.48(压碎的多孔介质 ②由于是的平方函数,方程的第二项在高流速下成为优势。 ③凊洁滤层的水头损失决定于流量、粒徑、孔暕率、球形度和水的粘度。 设计水头=清洁滤层水头+阻塞水头 阻塞水头(相同情况下的经验,或模型试验
对于更高滤速，采用Ergun公式，其适用于通过堆积床的 层流、过渡流和惯性流整个流态范围（Re＝1～2000）： 说明： ①k2＝ 0.29（ 比表面积已知的固体）；＝0.48（压碎的多孔介质） ②由于是V的平方函数，方程的第二项在高流速下成为优势。 ③清洁滤层的水头损失决定于流量、粒径、孔隙率、球形度和水的粘度。 设计水头＝清洁滤层水头＋阻塞水头 阻塞水头（相同情况下的经验，或模型试验） ( ) (8.5) (1 ) ( ) 4.17 (1 ) 2 2 3 2 2 g a V V k a L g h − + − =
截污滤层 当用过滤的方法对悬浮物进行澄清或分离肘,其基本过程总是伴有 过滤水头损失增长的现象,这主要是由于滤料颗粒间空隙中沉积物 积累的结果。 在层流状态下,水头损失与滤速成正比。水头损失用 Carman Kozeny公式描述,即 OH Pg Ox =kr ugu 过滤开始时,清洁滤层内比表面积: E ydy 伴随着过滤过程的进行,滤层空隙中截留的悬浮物(沉积物)不断 积累,滤料的空陳率ε、表面形状和比表面积5随之改变。在层流状态 下,k的值是一个定值
截污滤层： 当用过滤的方法对悬浮物进行澄清或分离时，其基本过程总是伴有 过滤水头损失增长的现象，这主要是由于滤料颗粒间空隙中沉积物 积累的结果。 在层流状态下，水头损失与滤速成正比。水头损失用CarmanKozeny公式描述，即： 过滤开始时，清洁滤层内比表面积： 伴随着过滤过程的进行，滤层空隙中截留的悬浮物（沉积物）不断 积累，滤料的空隙率、表面形状和比表面积s随之改变。在层流状态 下，kk的值是一个定值。 u s k x H g k 3 2 = ( ) dV s 0 0 6 1− =
滤层的空隙率与体积比沉积量∝有以下关糸 8=80-OI 在过滤过程中,水中的固体悬浮物不新被截留在滤层的表面,一方 面引起滤层空隙率的堿小,另一方面引起滤料颗粒粒径増大,因此 滤层比表面积班在过滤过程中不断的变化。 描述比表面积S的模型: ①球形滤料模型 E 1/2 ②圆柱形毛细管模型 O E ③ Mackrle-lves模型:S=(1+ E
滤层的空隙率与体积比沉积量V有以下关系： 在过滤过程中，水中的固体悬浮物不断被截留在滤层的表面，一方 面引起滤层空隙率的减小，另一方面引起滤料颗粒粒径增大，因此 滤层比表面积s在过滤过程中不断的变化。 描述比表面积s的模型： ①球形滤料模型： ②圆柱形毛细管模型： ③ Mackrle-Ives模型 ： V = 0 − 2 / 3 0 1 0 1 − = + V s s 1/ 2 0 0 1 = − V s s z V y V s s − − = + 0 0 0 1 1 1