氣固兩相流體力學(xué).ppt

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1 氣固顆粒兩相流體力學(xué) 顆粒物質(zhì)分散在速度較高的氣流場中時 其流動特性類似于流體 因此被稱為偽流體 通常見到的兩相流主要是 氣液兩相流 氣固兩相流 液固兩相流 對于某些場合的氣液兩相流又被稱為氣溶膠 10 1氣固顆粒兩相流的基本概念和特征參數(shù)10 1 1固體顆粒的粒徑和粒徑分布1 顆粒粒徑顆粒粒徑為球形顆粒的直徑或非球形顆粒的某種含義下的當(dāng)量直徑 是判斷顆粒粗細(xì)程度的指標(biāo) 顆粒當(dāng)量直徑是指非球形顆粒的某種特性與某個球形顆粒相同時球形顆粒的直徑 如顆粒沉降直徑 2 粒徑分布不同顆粒出現(xiàn)的頻率 通過實驗研究 給出了顆粒粒徑分布的函數(shù) 它們只是一種近似 如R R分布 2 3 平均粒徑顆粒群中不同顆粒粒徑的平均值稱為平均粒徑 利用不同方法可以得到不同含義的顆粒粒徑 長度平均粒徑 氣固顆粒兩相流體力學(xué) 表面積平均粒徑 體積平均粒徑 面積 長度平均粒徑 體積 面積平均粒徑 在研究顆粒傳質(zhì) 燃燒等特性時體積 面積平均粒徑具有特殊含義 因為該平均粒徑表示的顆粒群具有與原系統(tǒng)類似的質(zhì)量和表面積特性 能反應(yīng)原系統(tǒng)的基本特性 該粒徑又被稱為顆粒索爾特 Sauter 直徑 也常用D32表示 3 4 顆粒球形度球形度表示非球形顆粒接近球形的程度 其等于體積與顆粒體積相等的圓球表面積As與顆粒實際表面積Ap的比值 10 1 2介質(zhì)含量1 質(zhì)量含氣率氣相占?xì)夤袒旌衔镔|(zhì)量的份額 稱為質(zhì)量含固率 它們其取值在0 1之間 氣固顆粒兩相流體力學(xué) 4 2 容積含氣率氣相體積占兩相混合物體積的份額 10 1 3濃度 密度 混合比1 濃度單位體積混合物所含氣相的質(zhì)量稱為氣相濃度 為容積含固率 氣固顆粒兩相流體力學(xué) 單位體積混合物所含固相的質(zhì)量稱為氣相濃度 5 2 數(shù)密度 混合物密度單位體積混合物所含固體顆粒的數(shù)目為固相數(shù)密度 3 混合比 真實混合比通過管道的顆粒質(zhì)量流量與輸送氣體的質(zhì)量流量之比稱為混合比 單位管長中顆粒質(zhì)量與輸送氣體的質(zhì)量之比稱為真實混合比 連續(xù)混合物的密度 氣固顆粒兩相流體力學(xué) 6 氣固顆粒兩相流體力學(xué) 10 2作用在固體顆粒上的力氣固兩相流問題的解決依賴于顆粒相與氣相之間的動量交換 為了很好地計算動量交換 必須對它們之間相互作用力給出描述 10 2 1重力重力始終作用在顆粒上 10 2 2浮力由于固體顆粒處在氣體中 也始終受著浮力的作用 根據(jù)阿基米德定理 由于浮力與氣相密度成正比 而重力與固相密度成正比 因此在研究氣固流通常可以忽略浮力的作用 但在研究液固流時 浮力通常不能忽略 10 2 3氣動力 7 當(dāng)固體顆粒與氣體有相對運動時 便存在著氣動力 作用在顆粒上的氣動力的方向與氣相與固相相對運動速度方向相反 因此氣動力有時為阻力 有時為推力 10 2 4壓力梯度力兩相流中存在壓力梯度時 顆粒上壓力沿其封閉表面的積分 對于一維情況 其大小可以表示為 浮力也是壓力梯度力的一種 10 2 5壓力梯度力當(dāng)固體顆粒在氣相中做加速運動時 必然帶動周圍氣體也做加速運動 這相當(dāng)于固體顆粒施加給氣相加速所需的力 于是顆粒也受到來自氣相的作用力 該力的大小為 氣固顆粒兩相流體力學(xué) 8 其中C為形狀因子 10 2 6Basset力顆粒在氣相中做變速運動 由于變速運動增加的阻力 其表達(dá)式為 對其氣固兩相流 Basset力為顆粒沉降阻力 斯托克斯阻力 的十分之一 通常忽略其影響 但對于液固流 該力必須考慮 10 2 7Saffman升力固體顆粒在有速度梯度的流場中運動時 顆粒兩側(cè)流速不同導(dǎo)致一個由低速區(qū)指向高速區(qū)的作用力 對于低雷諾數(shù)流動區(qū)域 Re 1 氣固顆粒兩相流體力學(xué) 9 氣固顆粒兩相流體力學(xué) 10 2 8Magnus效應(yīng)固體顆粒在氣相中存在旋轉(zhuǎn)時 會產(chǎn)生一個與流動方向垂直的 由逆流側(cè)指向順流側(cè)方向的力 該力被稱為Magnus力 10 3氣固顆粒兩相流在管道內(nèi)的流型10 3 1豎直管道內(nèi)的流型隨著從管道底部進(jìn)入的氣相速度由高向低的變化 流型變化規(guī)律為 1 均勻流固相在管道內(nèi)分布均勻 2 疏密流顆粒仍向上運動 但分布不再均勻 出現(xiàn)疏密不一的排列 3 栓狀流顆粒開始出現(xiàn)運動噎塞 形成料栓 運動變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài) 10 氣固顆粒兩相流體力學(xué) 4 柱狀流栓狀的固相顆粒聚集 形成料柱 10 3 2水平管道內(nèi)的流型1 均勻流固相在管道橫截面內(nèi)分布均勻 流動通暢 2 疏密流重力作用顯現(xiàn) 顆粒分布呈疏密不一分布 底部顆粒跳躍前進(jìn) 3 沙丘流顆粒在重力作用下開始沉降 在管道下部形成波紋狀沙丘 4 栓狀流顆粒開始出現(xiàn)運動噎塞 形成料栓 運動變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)