武科大冶金传输原理课件07气固两相流动

第七章气固两相流动2026/6/727.1单个颗粒在流体中的运动单个球体颗粒绕流摩阻：依

球体绕流的阻力损失（Re<1）：2026/6/73颗粒沉降计算固体颗粒在静止流体中的沉降（或浮升），决定于流体净下降力（或上升）与流体对其阻力（拖力）的平衡关系，当两力相等时，达到运动平衡状态，即等速沉降（或上浮），此时，颗粒的运动速度称自由沉降速度（匀速下降或上升）或上升极限速度。2026/6/74依力之平衡：当∑F=0重力-浮力=阻力ρs阻力浮力重力vρk静止流体中球体下落2026/6/75上述公式运用条件：球形颗粒（求非球颗粒阻损另有表可查）稳定运动（匀速运动，自由沉降，上升极限，无加速度）颗粒在静止流体或速度场均匀且无湍流之流体内运动单个颗粒在离固体表面相当远处运动。2026/6/763.

旋风除尘旋风除尘原理:

可分离最小颗粒沉降极限速度及可分离最小颗粒尺寸.半径为R的球形颗粒在旋风器以半径r旋转

气流径向速度很小,相当于流体静止,故尘粒运动的阻力是由于摩擦作用而造成的向内的径向力：

2026/6/77如果假定在旋风器中心区（约为0.4D0

）以外的所有尘粒都能从气流中分离出来，则将r=0.2D0（r=0.4R0）代入上式即可求得最小尘粒所需的沉降速度。2026/6/78

2026/6/79

2026/6/710例题：为了测定熔渣的粘度，使半径等于88mm的一个钢球通过它下降。已知钢球的密度为熔渣的两倍，并且试验测定的钢球下落的末速为1.5m/s，试计算熔渣的运动粘度。（m2/s)解：已知：vt=1.5m/sR=88mm=0.088m

ρ钢=2ρ渣

ρs=2ρf2026/6/7112026/6/7122026/6/7137.2通过固定床的流动一、埃根方程：1、介绍几个概念：2、管束理论：2026/6/714vAHSb表面积vkdsHvAAf孔隙面积2026/6/7153、埃根方程的导出2026/6/716由上式可见，同光滑管流摩阻一样，散料床层阻力系数也仅仅是雷偌数的函数，有利于实验，埃根用球形颗粒组成的均匀床层做实验，数据大致在一条曲线上：2026/6/717附如下方程：整理得球形均匀料块的料层压降公式：（埃根方程）粘性项惯性项2026/6/718二、料层特性及压降公式的修正料层的孔隙度：料层，流体，料块的质量：m,mk,ms2026/6/7192.解非球形颗粒的球形度2026/6/720

大小不均匀的料层，需求颗粒的平均当量直径围壁效应：在填充散料的容器内，靠近器壁的孔隙度大于内部，料层的ε不均匀，直接影响气流的分布和压降2026/6/721散料层压力降方程的应用：当在湍流运动时Rec较大，粘性项可略去。高炉的透气性指数2026/6/722

0.440.400.360.320.280.240.200.160.1570.1070.0730.0480.0340.0180.0100.00492026/6/723对高炉：当ε=0.25时，料柱已够塞紧，几乎吹不进风了。2.通过烧结层的分量2026/6/724比较可见:埃根方程用于烧结过程,其结果与实际情况相当符合

2026/6/7253、气体压力对料层压降的影响2026/6/7262026/6/727例题:烧结铁矿粉是一项重要的冶金过程,这里,空气必须透过固体料层,在此过程中,由于空气透过料层逐渐的渗入煤粉反应,在烧结矿内产生很高的温度,从而使密集堆积的矿粉结成股团块,工艺上要求大量的空气通过料层而又不引起大的压差,因为压差大势必要求匹配大的风机.现计算点火前温度为16℃的空气的vA=0.25m/s的速度通过305毫米的烧结料层（ε=0.39）流动的压差。单位料层体积的总表面积s0=81㎝2/cm3=8100m2/m3,ρ空气=1.23kg/m3,µ=178*10-7。解：2026/6/728

2026/6/7297.3通过流化床层的流动流化机理.lnvAln△PAEDC→→Bεmin

εmax=12026/6/730AB:固定料层的流动区域BC：固-流化过渡阶段，料层膨胀段，B是△P与单位截面上的料层下降力相等，为料块开始移动的临界点，过B点料层开始移动，料块重新排列，料层的孔隙度随之增大，但此时料块尚未脱离接触，到C点重新排列完毕，孔隙度达料块接触条件下的最大值。过C点则出现流化床，C为流化床开始点，速度为流化开始速度umf,达流化极限时ε=1，速度为流化极限速度umax流化开始速度

vmf开始流化:通过料层的压降=单位料层截面上料块的净下降力2026/6/7312026/6/732

2026/6/733扬析速度扬析速度=自由沉降速度

扬析速度：一定尺寸的颗粒从床层上被带走的速度，可近似由沉降极限速度估算。微粒波扬析的速率：2026/6/734例题：已知一散料层高L=20.0，料层截面直径D0=2.0m,料层的孔隙度ε=0.4，料块比表面积a=1200m2/m3;测出料层的压降△P=9800N/m2;流过气体的密度ρ=1.24kg/m3,气体的动力粘度μ=180*10-7kg/m.s,试求（1）:流过气体的平均流速vA及流量。（2）当流量增加一倍时，料层的压差增加多少？解（1）：2026/6/7352026/6/736（2）当流量增加1倍时的料层压降

v0一定，Q↗，则vA↗,vA=2vA1=2×0.346=0.692m/s2026/6/7377.4气力输送对垂直向上气流中的单个料块，使其随气流而运动的最小气流速度。vf=vk+vt

vt-自由沉降速度vk-料块绝对速度在实际料块的气力输送中还存在气固相流中的阻力，对vt应修正

vf=vk+kvt2026/6/738CFEDGS3GS1GS2GS=0沉积速度uas水平气力输送系统中物料的特性EDGS1GS2GS=0堵塞速度uchLog(△P/H)Log(△P/H)loguAloguA垂直气力输送系统中气固两相流的特性2026/6/739在水平管内的气力输送，为防止在管内沉积，应使气流速度较大地超过极限速度

物料输运情况气流速度vf松散料在垂直管≥(1.3～1.7)vmax松散料在倾斜管≥（1.5～1.9）vmax松散料在水平管≥（1.8～2.0）vmax不同情况下的气流速度2026/6/740随输运气流速度的不同，输料管内料柱运动与分布状态大致可分为如下几类：悬浮流—当输运气流速度大时，料粒接近于平均分布，在气流中悬浮输运。底密流—输送过程中，愈接近管底，料柱分布愈密，料柱边旋转边做不规则运动，且相互或与管壁相撞。悬浮流底密流2026/6/741疏密流—料柱悬浮输运的极限状态，料柱疏密不匀地流动，且有一部分料柱沉在管底滑动，运动末停顿。停滞流—大部分料柱不能悬浮，停滞在管底的料粒在局部地区聚集在一起使流体截面变窄，故气流速度增大，随即又将停滞的料