氣固兩相流體力學(xué)

氣固兩相流體力學(xué)第一頁，共十頁，編輯于2023年，星期日23.平均粒徑

顆粒群中不同顆粒粒徑的平均值稱為平均粒徑，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。該粒徑又被稱為顆粒索爾特（Sauter）直徑，也常用D32表示。

第二頁，共十頁，編輯于2023年，星期日34.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。

稱為質(zhì)量含固率，它們其取值在0~1之間。

氣固顆粒兩相流體力學(xué)第三頁，共十頁，編輯于2023年，星期日42.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)量稱為氣相濃度。第四頁，共十頁，編輯于2023年，星期日52.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)混合比通過管道的顆粒質(zhì)量流量與輸送氣體的質(zhì)量流量之比稱為混合比。單位管長中顆粒質(zhì)量與輸送氣體的質(zhì)量之比稱為真實(shí)混合比。連續(xù)混合物的密度：

氣固顆粒兩相流體力學(xué)第五頁，共十頁，編輯于2023年，星期日6 氣固顆粒兩相流體力學(xué)10.2作用在固體顆粒上的力

氣固兩相流問題的解決依賴于顆粒相與氣相之間的動量交換，為了很好地計(jì)算動量交換，必須對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氣動力第六頁，共十頁，編輯于2023年，星期日7當(dāng)固體顆粒與氣體有相對運(yùn)動時(shí)，便存在著氣動力。作用在顆粒上的氣動力的方向與氣相與固相相對運(yùn)動速度方向相反，因此氣動力有時(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)動時(shí)，必然帶動周圍氣體也做加速運(yùn)動，這相當(dāng)于固體顆粒施加給氣相加速所需的力，于是顆粒也受到來自氣相的作用力。該力的大小為： 氣固顆粒兩相流體力學(xué)第七頁，共十頁，編輯于2023年，星期日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，由于變速運(yùn)動增加的阻力，其表達(dá)式為：對其氣固兩相流，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中運(yùn)動時(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。對于低雷諾數(shù)流動區(qū)域（Re<1）： 氣固顆粒兩相流體力學(xué)第八頁，共十頁，編輯于2023年，星期日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)，會產(chǎn)生一個(gè)與流動方向垂直的、由逆流側(cè)指向順流側(cè)方向的力，該力被稱為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，但分布不再均勻，出現(xiàn)疏密不一的排列。3.栓狀流顆粒開始出現(xiàn)運(yùn)動噎塞，形成料栓，運(yùn)動變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)。第九頁，共十頁，編輯于2023年，星期日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，流動通暢。2.疏密流重力作用顯現(xiàn)，顆粒分布呈疏密不一分布，底