开题报告-刘贤杰

1、课题：气固两相流实验装置的设计一、 课题来源、目的、意义，国内外基本研究概况气固两相流在多相流体系中普遍存在，例如，自然界的大漠扬沙， 化工、冶金、能源和粮食等领域的燃料配送，各种流化床，散装物料 的气力输送和粉尘处理等。气-固流化床在工业上的应用领域日趋广泛。同时，随着各种实 际应用上的需要，它本身的结构也相应地发生着变化。就气-固流化 床内部结构而言，为进行一系列传热、传质操作，可以设置传热管、 气体喷管和固体加入或排出管等，为改变流化床操作状况，可以设置 必要的隔网、挡板和填料等。在某些应用领域，需将物体浸入流化床 中对物体进行表面涂敷和包裹处理；在颗粒分选工艺中，利用尺寸和 密度不同的

2、粒子在流化床中出现的分级现象，达到分选目的。现在节 能减排也已成为时代的主旋律，而现有的气-固流化床则在节能和减 排之间，貌似鱼与熊掌的关系，二者不能兼顾。所有这些操作、和高 要求都需要知道物体在流化床中的受力状况，才能进行正确的设计和 操作。这样，对于流化床中的悬浮物体，不仅要掌握它的运动特点， 根据工艺要求选择不同的操作条件或参数，还需从根本上去研究它的 受力情况。随着科技的发展，时代的进步，整个地球的可用资源却日趋紧张。 节能减排的呼声已经唤起了越来越多科研人员的警觉。两相流技术在 工业上应用广泛，又在节能减排中起着关键的作用。因此，国内外做 这方面研究的人员也越来越多。总的来说，国外发

3、达国家如美国、英 国、日本、韩国、新加坡等在这方面起步稍早，并且取得了一些成果； 中国在这方面起步较晚，但现在也有了足够的重视。对通过填充床的气固混合物的流动行为已经作了一些调查，见 1-9。这些研究中，只有侧重于宏观的流动行为方面的压力降和固 体滞留，关于固体物质的受力和行为方面的研究国内外报道较少，仅 进行过一些特殊条件下的研究。如T.H.Nguyen1等报道了接近初始 流化状态时物体的受力满足阿基米德原理；T.C.Kennedy等2和 J.R.Grace等3对固定于流化床中的水平管的受力进行了实验测定。 但对充分流化状态下流化床中悬浮物体的受力未见报道。旨在获取更多信息的流动流体力学和固

4、体的行为，与数学模型以 解释实验结果，并建立预测模型研究压降，固体拦劫和停留时间。二、论文的理论依据、研究方法综合前人的研究成果，可将微小颗粒在流场中受力从理论上分为 以下10种重力重力场作用下，w = p V,浮力(也属于压强梯度力)只要固体颗粒处在流体中，就会有浮力存在，F =pyg气动阻力只要固体颗粒与气体有相对运动，便有气动阻力，球形颗粒定常 活升再宕乒hKR-hVip | v v | (v v )兀d2 甘出 r 城11 Q Q 9力流动受气动阻力为f = C gg p g p p ，其中cd按1 892中的相应公式计算4.压强梯度力在有压强梯度的流场中（例如管内流动）总有压强的合力

5、作用在颗粒上。F 土匝其中g/讯表示沿流动方向的压强梯度 p 6 a i5.附加质量力当直径dp的球形颗粒在理想不可压缩无界静止流体中以等加速度ap做直线运动时6. Basset 力是由于相对速度随时间的变化而导致颗粒表面附面层发展滞后所产生的非恒定气动力，由于该力大小与颗粒的运动经历有直接关庙=知之啊；r业辛亟也的系，所以该力又称为“历史力”。2 九7其物理意义是表征颗粒相对流体做非恒速运动时所受到的附加粘性 作用的时间积分。可见，其表达式是一奇异函数，即使已知流场中的 速度分布，表达式中被积函数的分子项也是未知的。7. Saffman滑移剪切升力当固体颗粒在有速度梯度的流场中运动时，由于颗

6、粒两侧的流速 不一样，会产生一由低速指向高速方向的升力，称为Saffman升力。 以气体和固体颗粒相对速度计算的Re 1的情况下，F = 1.61 d 2( p 目)1/2( v - v )| dv / dy 峪Sp g gg pg在高雷诺数区，尚无适合的Saffman升力计算式8. Magnus 升力当固体颗粒在流场中自身旋转时，会产生一与流场的流动方向相垂直的由逆流侧指向顺流侧方向的力，称为Magnus升力，（如乒乓 球的弧圈球技术）七EPgdp（vg 一七）/89.热泳力若流场中存在温度梯度，颗粒就会受到来自高温区的热压力而向 低温区迁移。固体燃料颗粒受气体分子碰撞，面向高温区的那一侧气

7、 体分子速度较高，碰撞猛烈，低温区则碰撞作用小，这样固体颗粒就 会在热压力的作用下向低温区迁移。10.静电力颗粒带电后相互之间会产生静电吸引力。颗粒带电的原因可能有 以下三种：0、颗粒在碰撞时带电；Q、气体电离的扩散作用；、 与带电表面接触放电。以上10种力是在各种假设的理想情况下按其成因推导出来的理 论计算方法。但至今缺少综合实验验证。三、研究内容、研究方案和措施为研究宏观上气固两相流中，固相的受力，本项研究计划从研究 单颗微粒子的受力出发。众所周知，宏观物体的低速运动状态与其受 力满足牛顿的三大定律。而对于微粒子的运动与受力方面的关系则是 未知的。但可以肯定的是其运动也由其受力决定。要研究

8、微粒子的受 力，首先就得从其运动状态着手。一旦获取了单微粒子的运动信息， 就能与预测的进行对比，进而对用以预测的理论模型进行修正。那么 现在关键的问题有三点：Q单微粒子的运动信息的获取；Q预测要充 分考虑到各方面的实际影响因素;9对比修正要选择合适的修正变量四、课题进展计划3月9日-3月14日3月9日-3月14日3月14日-3月26日3月26日-4月21日4月21日-5月21日5月21日-6月5日外文翻译，文献调研撰写开题报告针对各种模型进行理论分析实验装置和方案的设计与实验对比及修正论文撰写与毕业答辩五、参考文献A. B. Verver, W. P. M. Van Swaaij, The h

9、ydrodynamic behaviour of gas-solid trickle flow over a regularly stacked packing, Powder Technology, 1986, 45, 119-132.J. F. Large, M. N. P. Guigon Hydrodynamics of the raining packed-bed gas-solid heat exchanger, Chemical Engineering Journal, 1981, 22, 95-100.A. G. J. Van der Ham, W. Prins, W. P. M

10、. van Swaaij, Hydrodynamics of a pilot-plant scale regularly packed circulating fluidised bed, AIChE Symposium Series, 1993, 296, 53-72.K. Kusakabe, T. Yamaki, S. Morooka, H. Matsuyama, Direct measurement of ascending flow of fines through packed bed ofcoarse particles, Tetso-to-Hagane, 1991, 77, 14

11、13-1418.K. Shibata, M. Shimizu, S. Inaba, R. Takahashi, J. Yagi, Pressure loss and hold-up powders for gas-powder two phase flow in packed beds, ISIJ International, 1991, 31, 434439.K. Shibata, M. Shimizu, S. Inaba, R. Takahashi, J. Yagi, One-dimensional flow characteristics of gas-powder 2 phase fl

12、ow in packed-beds, Tetso-to-Hagane, 1991, 77, 23(-243.N. Hidaka, J. Iyama, T. Matsumoto, K. Kusakabe, S. Morooka, Entrainment of fine particles with upward gas-flow in a packed bed of coarse particles, Powder Technology, 1998, 95, 265-271.Z. L. Wang, Y. L. Ding, M. Ghadiri, Flow of a gas-solid two-p

13、hase mixture through a packed bed, Chemical Engineering Science, 2004, 59, 3071-3079.Y. L. Ding, Z. L. Wang, D. S. Wen, M. Ghadiri, Hydrodynamics of gas-solid two-phase mixtures flowing upward through packed beds, Powder Technology, 2005, 153, 13- 22.Nguyen T H,Grace J R. Forces on objects immersed in fluidized beds. Powder Techonology,1987,(19):255264Kennedy TC. Donovan I E,