气固两相流体力学.ppt

1,气固颗粒两相流体力学,颗粒物质分散在速度较高的气流场中时，其流动特性类似于流体，因此被称为伪流体。通常见到的两相流主要是：气液两相流、气固两相流、液固两相流。对于某些场合的气液两相流又被称为气溶胶。,10.1气固颗粒两相流的基本概念和特征参数10.1.1固体颗粒的粒径和粒径分布1.颗粒粒径颗粒粒径为球形颗粒的直径或非球形颗粒的某种含义下的当量直径，是判断颗粒粗细程度的指标。颗粒当量直径是指非球形颗粒的某种特性与某个球形颗粒相同时球形颗粒的直径。如颗粒沉降直径。2.粒径分布不同颗粒出现的频率。通过实验研究，给出了颗粒粒径分布的函数。它们只是一种近似，如R-R分布。,2,3.平均粒径颗粒群中不同颗粒粒径的平均值称为平均粒径，利用不同方法可以得到不同含义的颗粒粒径。,长度平均粒径,气固颗粒两相流体力学,表面积平均粒径,体积平均粒径,面积-长度平均粒径,体积-面积平均粒径,在研究颗粒传质、燃烧等特性时体积-面积平均粒径具有特殊含义，因为该平均粒径表示的颗粒群具有与原系统类似的质量和表面积特性，能反应原系统的基本特性。该粒径又被称为颗粒索尔特（Sauter）直径，也常用D32表示。,3,4.颗粒球形度球形度表示非球形颗粒接近球形的程度，其等于体积与颗粒体积相等的圆球表面积As与颗粒实际表面积Ap的比值。,10.1.2介质含量1.质量含气率气相占气固混合物质量的份额。,称为质量含固率，它们其取值在01之间。,气固颗粒两相流体力学,4,2.容积含气率气相体积占两相混合物体积的份额。,10.1.3浓度、密度、混合比1.浓度单位体积混合物所含气相的质量称为气相浓度。,为容积含固率。,气固颗粒两相流体力学,单位体积混合物所含固相的质量称为气相浓度。,5,2.数密度、混合物密度单位体积混合物所含固体颗粒的数目为固相数密度。,3.混合比、真实混合比通过管道的颗粒质量流量与输送气体的质量流量之比称为混合比。,单位管长中颗粒质量与输送气体的质量之比称为真实混合比。,连续混合物的密度：,气固颗粒两相流体力学,6,气固颗粒两相流体力学,10.2作用在固体颗粒上的力气固两相流问题的解决依赖于颗粒相与气相之间的动量交换，为了很好地计算动量交换，必须对它们之间相互作用力给出描述。10.2.1重力重力始终作用在颗粒上。,10.2.2浮力由于固体颗粒处在气体中，也始终受着浮力的作用，根据阿基米德定理：,由于浮力与气相密度成正比，而重力与固相密度成正比，因此在研究气固流通常可以忽略浮力的作用。但在研究液固流时，浮力通常不能忽略。10.2.3气动力,7,当固体颗粒与气体有相对运动时，便存在着气动力。作用在颗粒上的气动力的方向与气相与固相相对运动速度方向相反，因此气动力有时为阻力，有时为推力。,10.2.4压力梯度力两相流中存在压力梯度时，颗粒上压力沿其封闭表面的积分。对于一维情况，其大小可以表示为：,浮力也是压力梯度力的一种。10.2.5压力梯度力当固体颗粒在气相中做加速运动时，必然带动周围气体也做加速运动，这相当于固体颗粒施加给气相加速所需的力，于是颗粒也受到来自气相的作用力。该力的大小为：,气固颗粒两相流体力学,8,其中C为形状因子。,10.2.6Basset力颗粒在气相中做变速运动，由于变速运动增加的阻力，其表达式为：,对其气固两相流，Basset力为颗粒沉降阻力（斯托克斯阻力）的十分之一，通常忽略其影响；但对于液固流，该力必须考虑。,10.2.7Saffman升力固体颗粒在有速度梯度的流场中运动时，颗粒两侧流速不同导致一个由低速区指向高速区的作用力。对于低雷诺数流动区域（Re1）：,气固颗粒两相流体力学,9,气固颗粒两相流体力学,10.2.8Magnus效应固体颗粒在气相中存在旋转时，会产生一个与流动方向垂直的、由逆流侧指向顺流侧方向的力，该力被称为Magnus力。,10.3气固颗粒两相流在管道内的流型10.3.1竖直管道内的流型随着从管道底部进入的气相速度由高向低的变化，流型变化规律为：1.均匀流固相在管道内分布均匀。2.疏密流颗粒仍向上运动，但分布不再均匀，出现疏密不一的排列。3.栓状流颗粒开始出现运动噎塞，形成料栓，运动变为不稳定状态。,10,气固颗粒两相流体力学,4.柱状流栓状的固相颗粒聚集，形成料柱。10.3.2水平管道内的流型1.均匀流固相在管道横截面内分布均匀，流动通畅。2