第二章--氣固兩相流動的基本概念和特性參數(shù)PPT演示課件

1、1,第二章 氣固兩相流動,2,氣固兩相流廣泛存在于煤粉燃燒、氣力輸送、環(huán)保除塵等場合。 其特性參數(shù)主要包括濃度、空隙度、密度、比面積、粘度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、顆粒松弛時間、顆粒平均尺寸等等,3,2.1 氣固兩相流動的基本概念和特性參數(shù) 2.1.1 氣固兩相流動的基本概念 1氣固兩相流的基本特點(diǎn) 氣體分子分布均勻，而顆粒是分散的、直徑大小不同，為了簡便起見僅考慮一個平均尺寸。 顆粒相一般不作為連續(xù)介質(zhì)。 顆粒相的慣性比較大，氣體和顆粒之間存在著速度的滑移，因而各自運(yùn)動規(guī)律會相互影響。 顆粒之間以及顆粒和壁面的碰撞和摩擦可以產(chǎn)生靜電效應(yīng)。 由于顆粒尺寸大小不一，形狀也不同，使得每個顆粒都有不同速度,

2、4,2粒徑 粒徑表示每個固體顆粒的大小程度，是判斷固體顆粒粗細(xì)程度的一個指標(biāo)。如果顆粒是球形的或近似于球形的，那么可以取其直徑作為粒徑。若顆粒的大小和形狀不同，要對顆粒進(jìn)行準(zhǔn)確測定并將其表示出來是幾乎不可能的。許多人提出了各種各樣的粒徑測定方法，在這些方法中，實際應(yīng)用的大致有兩種,5,1）直接測定的當(dāng)量直徑(顯微鏡粒徑)：當(dāng)顆粒的大小能用顯微鏡直接測定時可以取投影面一定方向上的各個顆粒的最大尺寸作為顆粒的粒徑。 2）間接測定的有效直徑(沉降顆粒直徑)：根據(jù)顆粒在氣體或液體中的沉降速度求得顆粒的有效直徑。它主要用于測定不能用篩網(wǎng)計測的極小微粒。首先測定出球體顆粒的沉降速度，再根據(jù)公式求出沉降速度

3、相應(yīng)的球體直徑,6,3粒度分布 顆粒物料中通常包含有各種不同粒徑的顆粒，對不同粒徑的顆粒在物料中所占的百分?jǐn)?shù)，可以用粒度分布表示。顆粒度分布曲線的作法如下：首先取出一部分代表性物料，將顆粒徑按幾微米大小的間隔進(jìn)行分區(qū)，分別測定個顆粒粒徑間隔間的顆粒重量或顆粒個數(shù)。然后以顆粒徑為橫坐標(biāo)，以相同顆粒徑間隔(10) 之間的顆粒重量(或顆粒數(shù))的百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)，畫出矩形圖。最后將所畫出的各矩形上面的線段的中點(diǎn)連接，便可以得到顆粒度分布曲線,7,4平均粒徑 平均粒徑是顆粒群中大小各不相同的粒徑的平均值。平均粒徑可定量地表示顆粒群的大小。確定平均粒徑的方法很多，大致有算術(shù)平均、幾何平均、調(diào)和平均、面積長度

4、平均、體面積平均、重量平均、平均表面積、平均體積、比表面積、中徑和多數(shù)徑等。其中應(yīng)用最多的是中徑和多數(shù)徑。同一顆粒群用各種方法平均后，會得到各種不同的平均粒徑值,8,2.1.2 氣固兩相流動的特性參數(shù) 設(shè)氣體固體顆粒混合物的體積為V，質(zhì)量為W，其中氣體的體積為 ，質(zhì)量為 ；固體顆粒的體積為 ，質(zhì)量為 ，顆粒數(shù)為 N,9,1. 質(zhì)量含氣率 氣體質(zhì)量占兩相混合物質(zhì)量的份額為質(zhì)量含氣率，即 （2-1） 而 （2-2） 為質(zhì)量含固率,10,2. 容積含氣率 氣體體積占兩相混合物體積的份額為容積含氣率，即 （2-3） 而 （2-4,11,為容積含氣率。它是研究氣體固體顆粒兩相流的重要參數(shù)之一。容積含氣率

5、與顆粒的球形度、均勻程度和堆積情況有關(guān)。顆粒的球形度小的，即形狀不規(guī)則的，由于顆粒群可以相互交錯，容積含氣率?。活w粒粒徑不均勻的，顆粒群中的細(xì)顆?？梢蕴畛湓诖诸w粒之間，比粒徑均勻的容積含氣率要?。幻軐嵍逊e比較松散堆積的容積含氣率小。一般物料任意堆積時的容積含氣率約為0.4,12,3混合比和濃度 氣固兩相流中的混合比（或載荷比）是指單位時間內(nèi)通過輸送管道有效截面的顆粒的質(zhì)量與氣體的質(zhì)量之比值，用符號z表示。 （2-5,13,其中 和 分別是單位時間通過的顆粒質(zhì)量和氣體質(zhì)量，當(dāng)顆粒速度 等于輸送氣流速度 時，則 （2-6,14,混合比z是一個無量綱量。它是氣固兩相流中一個很重要的參數(shù)。它的大小直接

6、影響輸送管道內(nèi)壓力損失?；旌媳仍酱?，對于增大輸送能力來說是有利的。但混合比過大，在同樣氣流速度下可能產(chǎn)生堵塞，輸送壓力也增高。因此混合比的數(shù)值受物料的物理性質(zhì)、輸送方式以及輸送條件等因素的控制,15,濃度通常的指單位容積的氣固兩相混合物內(nèi)所含的顆粒質(zhì)量。 （2-7） 輸送濃度是指單位時間內(nèi)單位容積的氣體所輸送的固體重量，用符號 表示。 （2-8,16,輸送濃度是有量綱量。對于穩(wěn)定的均勻流動，混合比在管道內(nèi)各部分都是一定的。但是，輸送濃度由于空氣的膨脹（或壓縮），引起空氣密度的減?。ɑ蛟龃螅?，而使輸送濃度逐漸變小（或增大）。在流道的不同位置上，輸送濃度的變化又直接影響該處的能量消耗，所以對于這種

7、流動可以用輸送濃度來計算壓力損失值,17,4. 數(shù)密度 單位體積混合物所含固體顆粒的數(shù)目稱為固相的數(shù)密度，即 (2-9) 兩相混合物的密度 (2-10) 這是按體積份額計算的。如按質(zhì)量份額計算，則有 （2-11,18,5球形度 實際的顆粒大都是不規(guī)則的形狀，并不是球形的。因此，把顆?？醋鳛榍蛐芜M(jìn)行理論分析一定會與實際情況不一致。一般需要將理論公式進(jìn)行修正。 球形度表示顆粒接近球形的程度，它的表達(dá)式是非球形顆粒的實際表面 與非球形顆粒同體積的圓球表面積 之比，即 （2-12,19,球形度與空隙率有關(guān)，球形度越小，在密度填充時，由于表面形狀極不規(guī)則，顆?？梢曰ハ嘟诲e，使空隙率減小。在松散填充時，顆

8、粒間空隙增大，空隙率也增大,20,2.1.3 氣固兩相流動的基本特性 1稀相和濃相 顧名思義，稀相是指氣相中懸浮著很少的固體顆粒。濃相是指氣相中含有很多的懸浮顆粒。要確切地給出稀相和濃相的界限是很困難的,21,有兩種常用的區(qū)分方法：一是以顆粒的百分含量區(qū)分；用顆粒的容積百分含量區(qū)分時，把顆粒的容積百分含量大于某一濃度指標(biāo)的氣固兩相混合物稱為濃相，低于該濃度指標(biāo)的稱為稀相。 二是從顆粒群的運(yùn)動機(jī)理來加以區(qū)分。顆粒群中的顆粒運(yùn)動是受空氣動力以及顆粒之間相互碰撞的兩種力所支配。如果顆粒的運(yùn)動的由當(dāng)?shù)貧鈩恿λ?，與顆粒-顆粒的碰撞無關(guān)，這意味著氣流中顆粒極稀少，粒子在下一次碰撞前有足夠的時間響應(yīng)當(dāng)?shù)?/p>

9、的流場變化，這種氣體-固體兩相混合物的流動稱為稀相流動。相反，如果顆粒的運(yùn)動主要由碰撞所支配，與當(dāng)?shù)氐牧鲌鰺o關(guān)。這種情況意味著顆粒很濃，顆粒在下一次碰撞前沒有充裕時間響應(yīng)流場變化，這種氣體-固體兩相混合物的流動稱為濃相流動,22,2平衡流和凍結(jié)流 斯托克斯數(shù) 氣體-顆粒兩相混合物的流動中，顆粒的速度與輸送氣體的速度相等時，即 = 稱為平衡流。如果顆粒的速度不受輸送氣體的影響，或者說，顆粒有足夠的時間來響應(yīng)氣體流場的變化，對于這種流動稱為凍結(jié)流。因此，平衡流也可以理解為顆粒有充分時間響應(yīng)氣體流場的變化，使顆粒始終保持與氣體的速度相等,23,平衡流與凍結(jié)流可以用斯托克斯相似準(zhǔn)則數(shù)加以區(qū)別，該相似準(zhǔn)則是空氣動力響應(yīng)時間和流動的滯留時間的比值。 （2-13） 時，即 ， 接近 ，稱平衡流。 時，即 ，不受流場變化的影響而接近常數(shù)，稱凍結(jié)流。根據(jù)經(jīng)驗， 的流動可看著平衡流,24,3顆粒的沉降速度和懸浮速度 研究氣流中顆粒的運(yùn)動，很重要的問題是要知道顆粒的大小以及它的特性。顆粒的特性首先明顯的表現(xiàn)在沉降或懸浮速度上,25,沉降速度的計算式 （2-14） 圓球的阻力系數(shù) 通常稱為“標(biāo)準(zhǔn)阻力系數(shù),26,4. 松弛過程 氣體-顆粒流的主要特點(diǎn)是它們有不同的速度，也可以有不同的溫度，以致兩相間必然發(fā)生相互作用；顆粒受