0.00 0.01 0.02 0.03 0.04
pr es su re dr op (P a)
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04
pr es su re dr op (P a)
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
pr es su re d rop (P a)
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
pr es su re d rop (P a)
decreasing increasing
decreasing
Fig. 5-1. Pressure drop vs. water velocity at various magnetic field intensities (a)~(d).
H = 7219 A/m
water velocity (m/s)
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04
pr es su re dr op (P a)
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04
pr es su re dr op (P a)
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04
pr essu re dr op (P a)
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
pr essu re dr op (P a)
Fig. 5-2. Structure of the fluidized bed by observed at various magnetic field intensities, (a) various magnetic field intensities, (b) without magnetic force, (c) weak magnetic field intensities, (d) moderate magnetic field intensities and (e) strong magnetic field intensities.
浮力及拖曳力與向下重力三者作用力達平衡)，此行為下所得的流體 化速度稱之為最小流體化速度U
mf
。之後流速持續增加可以發現床體 開始膨脹，床內粒子擾動情況會逐漸增大，且床體表面粒子呈現週期 性的波浪狀，部分粒子會離開床體，如 Fig. 5-2(b2)所示。在上述情況 下，單點壓降將維持一固定值而不受流速所影響，此一固定值為單位 床橫截面積之床重 WA
(床體粒子淨重/單位床橫截面積)。另外由 Fig.5-1(a)可以發現增速與減速操作過程中，單點壓降對流速之曲線圖大 致相符，並無明顯的磁滯現象。
當床體外部有磁場作用力時，會在床體內部產生均勻穩定的磁力 線，進而使鐵粒子變成暫時性的磁性物質。而本實驗磁場操作的範圍 為0-13500 A/m，將此磁場強度細分成三個磁場範圍並詳細說明之；
即為弱磁場強度(0-4080 A/m)、中磁場強度(4080-8116 A/m)以及高磁 場強度(8116-13500 A/m)。
1. 弱磁場強度：如 Fig. 5-1(b)及(c)所示。在弱磁場強度下對於開 始流體化的床體內部粒子影響甚少，此時系統的單點壓降維持在同一 水平線上，僅可發現在床表面粒子會有凝聚的情形，而無鏈狀行為，
如Fig. 5-2(c1)所示，至於床整體流動模式與上述無磁場時大致相同。
不過在Fig. 5-1(b)及(c)中觀察減速操作時，可以發現磁場作用力在特 定流速後會產生一定的束縛效果，壓制床體粒子使其磁滯現象越來越
明顯。
2. 中磁場強度：如 Fig. 5-1(d)及(e)所示。吾人由目測觀察磁場對 床體的作用力後，發現床體粒子本身因磁場作用變成磁性物質，因而 粒子的凝聚性明顯增加，在此床體會以活塞的運動方式膨脹，且表面 粒子會形成鏈狀，如 Fig. 5-2(d1)，並隨著外加磁場強度的提升，上述 現象會更加明顯。當流速持續增加，床體會開始有不穩定的行為，又 因粒子間受磁場作用力甚有效果，這時床體會以鏈狀的行為持續擾 動，會逐漸有粒子離開床體並依循磁力線的軌跡循環運動，此時床體 結構為不穩定區，如Fig. 5-2(d2)所示。分析 Fig. 5-1(d)及(e)增速操作 時，在部份流速區域下，因川流行為導致床體之單點壓降小於水平壓 力線上。在減速操作下，磁滯現象的發生隨磁場強度增強而更加明顯。
3. 高磁場強度：如 Fig. 5-1(f), (g)及(h)所示。床體粒子處在高磁 場強度下，床體流態多半是以磁穩定床的方式出現，而床體表面波動 與擾動等不安定之行為需在很高流速下才會發生，其行為類似於中磁 場強度下Fig. 5-2(d2)之行為。當流速超過最小流體化速度，床體隨其 膨脹且表面粒子因磁場作用力緊密連接成鏈狀，如 Fig. 5-2(e1)所示，
並且以類似活塞狀的方式移動，而流速增加也無法使粒子分離移動，
此現象在中磁場強度較不易發生，如Fig. 5-2(e2)所示。Fig. 5-1(f)所 示，發現流速在0.025 m/s 之後，可能因川流行為嚴重，以致於床體
之單點壓降有下降的趨勢，此流速會隨磁場強度的增加而逐漸增加。
高磁場強度下，減速操作所得之結果與在中磁場強度操作下所得之結 果相去不遠。
Fig. 5-3 表示為流體化床在無磁場、弱磁場、中磁場和高磁場下 所得之結果。在增速操作下，如Fig. 5-3(a)所示，固定床之單點壓降 不會因為外加磁場的作用而有太大的差異性。床體的流體化區域，在 特定速度區域下的單點壓降低於水平壓力線，此特定速度區域隨磁場 強度增加而延後發生。Saxena and Shrivastava (1991)討論此區發生之 行為乃肇因於高磁場強度具有限制粒子運動的效用，床體粒子會沿著 磁場所產生之磁力線排列，形成一特定路徑導致發生川流現象。在減 速操作下，如Fig. 5-3(b)所示，床體之單點壓降會隨外加磁場強度的 提升隨之遞減，且逐漸遠離水平之壓力線。
5-1-2 磁場對最小流體化速度之影響
有關磁流體化床的最小流體化速度和磁場關係，在本文第二章文 獻回顧中曾提出諸多看法與論點。其中以增速操作所得之單點壓降線 交於水平壓力線之交點，此速度即為最小流體化速度Leva (1959)法，
有Rosensweig (1979a, b)、Resnick et al. (1988) 、Saxena and Shrivastava (1990, 1991)、Contal et al. (1992)採用此法求得最小流體化速度。Fig.
5-4(a)所示為以 Leva 法於本實驗中定義最小流體化速度，且可發現
water velocity (m/s)
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04
pr essu re d rop (Pa )
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04
pre ssu re dro p (Pa)
Fig. 5-3. Comparison of pressure drop at various magnetic field intensities for (a) increasing velocity and (b) decreasing velocity.
water velocity (m/s)
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04
pressure drop (Pa)
(c) (d) water velocity (m/s)
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
pressure drop (Pa)
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04
pressure drop (Pa)
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
pressure drop (Pa)
Fig. 5-4. Determination of minimum fluidization velocity (a) Leva’s method at various magnetic field intensities, (b) Davidson-Harrison’s method, (c) Davidson-Harrison’s method at various magnetic field intensities and (d) Leva’s and Davidson-Harrison’s methods with Casal’s data.
最小流體化速度並不受磁場強度影響。
上述論點的爭議之處在於增速操作中，當床體粒子開始排重時，
須克服粒子間所產生之最大靜摩擦力，以致於最小流體化速度的認定 上較不客觀。進而開始有部分學者提出以減速操作所得之壓力曲線 圖，又以Davidson and Harrison (1971)法最常為學者所使用，如 Fig.
5-4(b)所示。首先以作用力的角度觀察，床體中粒子與粒子間互相作 用的能力較增速操作時低，因此粒子會以自然沉降的運動方式從流體 化床回歸至固定床。但於磁流體化床之操作下，磁滯現象隨磁場強度 增加而增大，故引用此法所得之最小流體化速度會與磁場成正比關 係，如Fig. 5-4(c)所示。至於文獻回顧所提及另外四種方法，吾人引 用這些方法套入本實驗中所得之結果與文獻結果大致相符，如 Fig.
5-5 所示。
各學者在最小流體化速度認知上皆有各自的立足點與看法，導致 在定義最小流體化速度時產生分歧。Penchev and Hristov (1990a)就提 到使用 Leva 法與 Davidson and Harrison 法結果上的差異。其中 Filippov (1961)和 Rosenswieg (1979, 1981)兩人用 Leva 法所得之結果 為最小流體化速度並不受磁場強度所影響；Bologa and Syutkin (1977) 則以 Davidson and Harrison 法來求得最小流體化速度，且最小流體化 速度會與磁場強度成正比關係；Sonoliker et al. (1972)以床體粒子開始