氣固兩相流體力學(xué).ppt

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(chǎng)中時(shí)，其流動(dòng)特性類(lèi)似于流體，因此被稱(chēng)為偽流體。 通常見(jiàn)到的兩相流主要是：氣液兩相流、氣固兩相流、液固兩相流。對(duì)于某些場(chǎng)合的氣液兩相流又被稱(chēng)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(gè)球形顆粒相同時(shí)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(guò)實(shí)驗(yàn)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(chēng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)體積-面積平均粒徑具有特殊含義，因?yàn)樵撈骄奖硎镜念w粒群具有與原系統(tǒng)類(lèi)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(chēng)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(shí)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(chēng)為質(zhì)量含固率，它們其取值在01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(chēng)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(chēng)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(shí)混合比 通過(guò)管道的顆粒質(zhì)量流量與輸送氣體的質(zhì)量流量之比稱(chēng)為混合比。,單位管長(zhǎng)中顆粒質(zhì)量與輸送氣體的質(zhì)量之比稱(chēng)為真實(shí)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(wèn)題的解決依賴(lài)于顆粒相與氣相之間的動(dòng)量交換，為了很好地計(jì)算動(dòng)量交換，必須對(duì)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?？梢院雎愿×Φ淖饔谩５谘芯恳汗塘鲿r(shí)，浮力通常不能忽略。 10.2.3 氣動(dòng)力,7,當(dāng)固體顆粒與氣體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，便存在著氣動(dòng)力。作用在顆粒上的氣動(dòng)力的方向與氣相與固相相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度方向相反，因此氣動(dòng)力有時(shí)為阻力，有時(shí)為推力。,10.2.4 壓力梯度力 兩相流中存在壓力梯度時(shí)，顆粒上壓力沿其封閉表面的積分。對(duì)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(yùn)動(dòng)時(shí)，必然帶動(dòng)周?chē)鷼怏w也做加速運(yùn)動(dòng)，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(lái)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。,10.2.6 Basset力 顆粒在氣相中做變速運(yùn)動(dòng)，由于變速運(yùn)動(dòng)增加的阻力，其表達(dá)式為：,對(duì)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(duì)于液固流，該力必須考慮。,10.2.7 Saffman升力 固體顆粒在有速度梯度的流場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，顆粒兩側(cè)流速不同導(dǎo)致一個(gè)由低速區(qū)指向高速區(qū)的作用力。對(duì)于低雷諾數(shù)流動(dòng)區(qū)域（Re1）：,氣固顆粒兩相流體力學(xué),9,氣固顆粒兩相流體力學(xué),10.2.8 Magnus效應(yīng) 固體顆粒在氣相中存在旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與流動(dòng)方向垂直的、由逆流側(cè)指向順流側(cè)方向的力，該力被稱(chēng)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(yùn)動(dòng)，但分布不再均勻，出現(xiàn)疏密不一的排列。 3. 栓狀流 顆粒開(kāi)始出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)噎塞，形成料栓，運(yùn)動(dòng)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(dòng)通暢。 2. 疏密