新型扩散式下排气气固分离器实验研究
气体扩散系数测定实验
实验原理扩散属于由于分子扩散所引起的质量传递，扩散系数在工业中是一项十分重要的物性指标。
在如图所示的垂直细管中盛以待测组分的液体A，该组分通过静止气层Z扩散至管口被另一头气流B带走。
紧贴液面上方组分A的分压为液体A在一定温度下的饱和蒸汽压，管口处A的分压可视为零，组分A的汽化使扩散距离Z不断增加。
记录时间t与Z的关系即可计算A在B中的扩散系数。
液体A通过静止气体层的扩散为单相扩散，此时传递速率：N A =D/(RTZ) ·P/PBm·(PA1－PA2) 可写成:N A =ρ/RT·D/Z·ln(PB2/PB1) (a)设S为细管的截面积，ρ为液体A密度。
在dt时间内汽化的液体A的量应等于液体A扩散出管口的量，即SNA dt=ρSdZ/NA或:N A =ρ/MA·dZ/dt (b) 设备介绍实验主界面如下图所示计算公式T形管：横管为两端开口的普通玻璃管，用于气体流通；竖管为下端封口的毛细管，用于盛放丙酮溶液(丙酮为被测气体)，由于使用了毛细管，可以将被测气体的扩散视为一维的竖直扩散。
真空泵：可生成20-60kPa的负压，使毛细管中扩散出的气体迅速离开管口，以保证管口处被测气体浓度不变(接近零)。
游标卡尺：实验中使用精度为0.1mm的游标卡尺，可以通过显微镜对毛细管内的液位进行测量。
显微镜：由于游标卡尺刻度较密，且置于水浴箱中，要借助显微镜进行读数。
水浴箱：毛细管浸于水浴池中，使毛细管内液体保持恒温。
另外，温度高时扩散较快，可加快实验速度。
实验中要求设定为50度。
系统时钟：可成倍加快实验速度，减少实验中的等待时间。
扩散系数：D=BρRT/(2M A P) ·1/ln(P B2/P B1)ρ—丙酮密度，797kg/m3；T—扩散温度，实验中要求设定为232K；M—丙酮分子量，58.05；AP—大气压，100kPa；P B2—空气在毛细管出口处的分压，可视为P；P B1—空气在毛细管内液面处的分压，P B1=P-P A*，P A*为丙酮的饱和蒸气压，232K时P A*=50kPa；B—以时间t为横坐标，Z2为纵坐标作图得到的直线的斜率。
固体流态化的流动特性实验
固体流态化的流动特性实验（示范实验）1、实验目的在环境工程专业，经常有流体流经固体颗粒的操作，诸如过滤、吸附、浸取、离子交换以及气固、液固和气液固反应等。
凡涉及这类流固系统的操作，按其中固体颗粒的运动状态，一般将设备分为固定床、移动床和流化床三大类。
近年来，流化床设备得到愈来愈广泛的应用。
固体流态化过程又按其特性分为密相流化和稀相流化。
密相流化床又分为散式流化床和聚式流化床。
一般情况下，气固系统的密相流化床属于聚式流化床，而液固系统的密相流化床属于散式流化床。
①通过本实验，认识与了解流化床反应器运行。
掌握解流化床反应器启动中物料的连续流化方法及其测定的主要内容，掌握流化床与固定床的区别，掌握鼓泡流化床与循环流化床在本质上的差异。
②测定流化床床层压降与气速的关系曲线本实验的目的，通过实验观察固定床向流化床转变的过程，以及聚式流化床和散式流化床流动特性的差异；实验测定流化曲线和流化速度，并试验验证固定床压降和流化床临界流化速度的计算公式。
通过本实验希望能初步掌握流化床流动特性的实验研究方法，加深对流体流经固体颗粒层的流动规律和固体流态化原理的理解。
2、实验装置与实验原理介绍流化床反应器是一种易于大型化生产的重要化学反应器。
通常是指反应物料悬浮于从下而上的气流或者液流之中，气体或者液体中的成分在与反应物料的接触中发生反应。
流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉（见煤气化炉）。
目前，流化床反应器已在电力、化工、石油、冶金、核工业等行业得到广泛应用。
与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：①可以实现固体物料的连续输入和输出；②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应；③便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行，石油流化床催化裂化的迅速发展就是这一方面的典型例子。
然而，由于流态化技术的固有特性以及流化过程影响因素的多样性，对于反应器来说，流化床又存在明显的局限性：①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布，导致不适当的产品分布，阵低了目的产物的收率；②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率；③由于固体反应物料在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使物料加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒反应物料的带出，造成明显的反应物料流失；④床层内的复杂流体力学、传递现象，使过程处于非定常条件下，难以揭示其统一的规律，也难以脱离经验放大、经验操作。
气固相催化反应宏观反应速率的测定
气体的扩散实验
气体的扩散实验气体的扩散实验是一种常见且重要的实验，它用于研究气体分子在不同条件下的扩散速率以及扩散规律。
扩散是指气体分子由高浓度区域向低浓度区域的自发运动。
在本实验中，我们将探索不同因素对气体扩散速率的影响，以及扩散实验的应用。
一、实验目的本实验主要有以下目的：1. 研究不同因素对气体扩散速率的影响；2. 探索气体扩散实验在生活和科学领域的应用。
二、实验原理1. 气体扩散规律根据高斯扩散定律，气体分子由高浓度区域向低浓度区域的扩散速率与浓度梯度成正比，与面积成反比。
扩散速率可以用以下公式表示：J = -D ∇C其中，J表示物质的扩散速率，D表示扩散系数，∇C表示浓度梯度。
2. 实验装置本实验所需的装置包括气体容器、扩散膜和浓度计。
扩散膜是一种半透膜，它可以允许气体分子通过，但阻止液体或固体颗粒的扩散。
浓度计用于测量气体的浓度。
三、实验步骤1. 准备实验装置，确保容器密封。
2. 将浓度计插入容器内，记录初始的浓度读数。
3. 在容器的一侧放置一定量的气体，并开始计时。
4. 定期测量浓度计的读数，并记录下来。
5. 统计实验数据，并分析不同因素对气体扩散速率的影响。
四、实验结果与分析通过实验数据的统计与分析，我们可以得出以下结论：1. 浓度梯度越大，气体的扩散速率越快。
2. 表面积越大，气体的扩散速率越快。
3. 不同气体的扩散速率可能存在差异。
五、实验应用气体扩散实验在生活和科学领域有着广泛的应用，以下是一些例子：1. 气体扩散实验可用于检测空气中有害气体的浓度，如二氧化碳、一氧化碳等。
2. 在化学实验中，气体扩散实验可用于研究反应速率及反应机理。
3. 工业上，气体扩散实验可用于优化生产过程，改进气体传输和处理设备。
六、实验注意事项在进行气体的扩散实验时，需要注意以下事项：1. 实验环境应保持相对稳定，避免温度、压力等因素对实验结果的干扰。
2. 实验过程中应注意安全，避免接触有害气体或使用有毒溶剂。
结论通过气体的扩散实验，我们可以深入了解不同因素对气体扩散速率的影响，并探索其应用。
气体分离装置工作原理
气体分离装置工作原理气体分离装置是一种常见的设备，它可以通过特定的原理将混合气体中的不同成分分离开来。
本文将介绍气体分离装置的工作原理，并探讨其中的主要机制和应用。
一、扩散分离原理扩散分离是气体分离装置中最常用的原理之一。
它基于不同气体分子在空气中的扩散速率不同的特性。
一般来说，较轻的气体分子在给定温度下扩散速率较快，而较重的气体分子扩散速率较慢。
利用这一特性，可以通过设定适当的条件，使得混合气体中的不同成分在装置内部扩散并分离。
具体来说，扩散分离装置通常由两个或多个由多孔隔板隔开的分离单元组成。
在这些单元中，通过控制温度和压力等参数，使得混合气体逐渐分离。
较轻的气体分子会通过孔隙渗透至隔板的另一侧，而较重的气体则会滞留在原位置。
通过不断的扩散和分离，最终可以得到纯净的气体成分。
二、吸附分离原理吸附分离是气体分离装置中另一种常见的原理。
它利用固体或液体材料对气体分子的吸附能力不同，实现气体的分离。
吸附材料通常是多孔的，具有大量的微小孔隙和表面积，这些细微结构可以吸附气体分子。
具体而言，吸附分离装置由吸附剂和固体床或填料组成。
混合气体通过填料层时，不同成分的气体分子将在吸附剂表面发生作用，并被吸附。
吸附剂的物理和化学性质决定了不同气体分子在其上的吸附程度。
通过这种方式，可以将混合气体中的不同成分分离开来。
吸附分离装置可以根据吸附剂的种类和性质进行调节，以实现不同气体分子的选择性吸附。
这使得吸附分离在石油化工、制药和环境保护等领域中得到广泛应用。
三、膜分离原理膜分离是一种基于渗透和选择性透过的原理实现气体分离的方法。
膜分离装置通常由多个薄膜组成，这些薄膜可以选择性地让其中一种或多种气体穿过。
薄膜的选择性透过性是膜分离的关键。
它是通过控制薄膜的孔隙大小、孔道结构或材料本身的化学特性来实现的。
不同气体分子由于尺寸和溶解度等不同特性，通过薄膜的速率也不同。
因此，在膜分离装置中，气体可以在不同速率下通过薄膜，从而实现气体分离。
旋流导叶式生物质热解反应器内气固两相涡旋流动特性
旋流导叶式生物质热解反应器内气固两相涡旋流动特性摘要：针对生物质现有热解反应器存在的传热效果差、产物与催化剂不能及时分离导致产率降低等问题，采用计算流体力学方法与脉冲示踪实验测量法对旋流导叶式反应器内的固相体积分数梯度分布、停留时间分布等进行了研究。
结果表明气固两相在新型反应器不同区域不同强度涡旋流场内哥氏力、离心力的作用下达到了较好的混合接触和分离效果，为实现反应器内的反应分离一体化过程提供了前提。
研究发现，当催化剂粒径为10μm、剂气比为10.5时，反应器达到最佳混合与分离效果。
催化剂颗粒停留时间分布曲线呈平滑的单峰分布，拖尾较小，平均停留时间为1.055～1.235s，催化剂颗粒流动接近平推流。
引言生物质催化热解是改善生物油品质、高效利用生物质资源的有效方法之一，生物质催化热解技术操作简便，只需在常压条件下即可实现，具有广阔的发展前景[1－3]。
目前研究者普遍认为催化热解过程可以分成两步：一是生物质原材料在高温下生成热解气，二是在催化剂作用下热解气（主要是有机蒸气）进一步裂解成较小的分子，即发生催化裂解[4]。
基于上述两步法发展了生物质原位催化热解和非原位催化热解两种技术，非原位催化热解与原位催化热解相比，由于可以根据两步反应特点有针对性地设计不同的反应器类型，且对于工艺条件改进和结构优化的研究可以根据不同反应特性分别开展，使其更具针对性、更加具体有效，因此非原位催化热解成为目前具有潜力和研究价值的新技术[5－6]。
目前文献报道的生物质催化裂解的常用反应器类型主要包括固定床反应器和流化床反应器[7－9]。
在热解蒸气催化过程中，固定床反应器因结构简单、运行费用低，且对催化剂的强度要求不高，应用较多。
但其暴露的缺点也越来越受到国内外研究学者的重视，包括反应器内部温度分布不均匀，传热差以及原料处理能力弱和催化剂无法更换等问题[10]，因此目前常用流化床反应器代替固定床反应器。
与固定床反应器相比，流化床反应器易实现连续操作，且生产能力强，便于放大，但因存在环-核非均匀流动、流化介质与催化剂的分离以及逆重力场输送运行成本较高等问题[11－12]，在生物质催化热解中尚未广泛应用和推广。
新型高效涡旋管分离器的原理、结构及应用
新型高效涡旋管分离器的原理、结构及应用摘要：根据当前国内外气固分离设备的研发背景，详细介绍了WF新型高效涡旋管分离器的工作原理、结构及其在实际用户中的应用情况，有效解决了发酵行业中压缩空气管道锈粉粒子等固体粒子的处理问题，大幅度提高了空气过滤器使用寿命，保证了生产的稳定运行。
关键词：涡旋管；气固分离；轴流式；涡旋管分离器0 引言在生物、医药等发酵行业中，压缩空气中含有大量的尘埃粒子，发酵企业的空气管道多为碳钢管，其含有锈粉粒子等，这些都是产生固体粒子的主要来源。
对无菌空气净化系统来说，如何去除气体中含有的固体粒子，保证膜过滤器正常运行是非常重要的。
在空气压缩气体净化系统中，固体粒子通常作为细菌的载体，随压缩空气进入发酵罐，导致产生染菌的现象。
虽然进入过滤器前端的混合气体，已经处于无油、无水、干燥的状态，但若不能有效去除游离其中的固体粒子，就会导致过滤器非正常运行，缩短使用寿命，进而影响发酵生产的稳定性，这既增加了染菌的机会，又造成经济上的损失。
1 研发背景在发酵行业中，如何通过压缩气体中的气固分离有效去除固体粒子，延长空气过滤器使用寿命，维持生产稳定，是必须解决的问题。
碳钢管道中的锈粉粒子，是产生固体粒子的主要来源，为解决这个难题，迫切需要高效、可靠、经济的气固分离设备。
为满足市场需求，在参考国内外同类先进产品和专利查询的基础上，我院研发了国内先进的气固分离装置WF新型高效涡旋管分离器。
含这种设备的空气净化系统流程示意如图1所示。
气固分离装置的工业应用按其目的要求可分为三大类：（1）回收有用的物料；（2）获得洁净的气体；（3）净化废气，保护环境。
上述三类目的不是截然分开的，对于某一工业应用可能三者兼而有之。
目前，气固分离装置的结构有多种形式，通常使用的有：旋风分离器、过滤分离器、电除尘装置等。
但是，上述装置基本都存在如下缺点：（1）除尘效率低，阻力大；（2）结构复杂，维修费用高；（3）易损耗，寿命短等。
区气体径向混合扩散规律的试验研究
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分七
示踪气体在循环流化床提升段的空间浓度分布
由于 Ｄ二 ａ 对轴向混合的贡献与对流相比可以 卿 略 ， 所以我们在数据处理中忽略 Ｄ ， ＿ 而只考虑 Ｄｒ． 轴向扩散系数 Ｄ 的计算结果如图 ４ ： 。从图 中可以清楚地看出以下规律：
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１ － 提升段；一 ２旋风分离器；一 ３回料阀；一 ４示踪气体注人点；一 ５测量区
图 １ 循环流化床试验 台主要结构示意图
示踪气体 Ｏ 在距布风板以上 ８０ Ｃ ： ５ｍ ｍ处 通人。测量区测点沿高度分 ５ ， 层 最下排测点距 喷口高度 ６０ 每两层测点相距 １０ 每 ０ｍ ｍ， ５ｍ ｍ， 层７ 个测点 ， 测点横向距离 ５ ｍｍ， ０ 以提升段轴 向中心线对称分布， 由此得到一个竖直平面上的 ｃ： ｏ 的浓度分布情况。
（）此时随着颗粒浓度的增加， ２ 气体的湍流 度进一步下降， Ｄ 下降。 因而 ， （）当固体颗粒浓度进一步增加时， ３ 流态处 于循环流态化状态， 使气体的湍流程度不均匀性 增加。随着颗粒浓度的增加， 气体混合加剧。 （）大颗粒与气流相对速度大， ４ 气体对其绕 流运动时， 其尾迹效应可以增 气体的湍动。颗 强 粒团的作用可以等效为大直径颗粒， 所以颗粒浓 度高到某一点， 相当于等效颗粒直径达到临界转 折点直径， 可以促进气体湍动， 从而提高径向气 体扩散系打ｏ
度是很小的； （）气体湍流运动存在横 向（ 向） ２ 径 速度脉 动， 能促进气体横向混合； 此种扩散尺度具有普 朗特混合长度的量级； （）湍流运动中的各种尺度 的涡旋结构促 ３ 进扩散混合； （）气体流动把上游气体带到下游引起的 ４ 混合， 如提升段流化风把下部气体带到上部引起 的混合； 影响这种混合的主要因素是风速高低 ；
气固两相流模型在流场分析中的研究进展_孙晨(1)
第25卷第1期2011年3月上 海 工 程 技 术 大 学 学 报JOU RNAL OF SH ANGH AI UNIVERSIT Y OF ENGINEERING SCIENCEVol.25No.1M ar.2011文章编号:1009-444X(2011)01-0049-05收稿日期:2010-12-23基金项目:上海市科委重点科技攻关资助项目(0852*******);上海工程技术大学研究生科研创新资助项目(A-0503-10-14)作者简介:孙 晨(1985-),男,在读硕士,研究方向为车辆尾气排放与控制.E m ail:scn_ok@ 指导教师:陈凌珊(1966-),女,教授,博士,研究方向为车辆尾气排放与控制.E m ail:b ech enlsh@气固两相流模型在流场分析中的研究进展孙 晨,陈凌珊,汤晨旭(上海工程技术大学汽车工程学院,上海201620)摘要:介绍了气固两相流的基本方程、理论模型和研究方法,论述了常用3类模型在流场模拟中的研究进展及应用状况.研究表明,气固两相流模型在工程实践中具有重大的应用价值,并对其研究趋势作出了展望.关键词:气固两相流;连续介质;颗粒轨道模型;拟流体;数值模拟中图分类号:TK 121 文献标志码:AStudy and Development of Gas Solid Two PhaseFlow Model in Flow Field AnalysisSU N Chen,CH EN Ling shan,TANG Chen x u(College of Automotive Engineering,Sh angh ai University of Engineering Science,Shanghai 201620,Chin a)Abstract :Basic equations,theo retical models and research m ethods o f the g as solid two phase flo w w er e introduced.Recent studies and applications of three com mon m odels in flow field simulatio n w ere dis cussed.A conclusion is draw n that the gas so lid tw o phase flow m odel ow ns g reat value in engineering practice.Then,the trend of researches on gas so lid tw o phase flow model w er e ex pected.Key words :g as solid tw o phase flow ;continuous m edium ;par ticulate tr ajector y mo del;pseudo fluid;numerical simulatio n纷繁复杂的多相物体流动普遍出现在自然界、日常生活和生产实践中.其中,气体与固体颗粒形成的多相流称为气固两相流,是流体力学与能源、动力、石油、化工等学科交叉的新兴系统科学.随着科技的迅猛发展,人们对两相流在工业应用领域的研究日益重视,如何用气固两相流模型对流场内流体分布及特征进行模拟仿真,已成为两相流问题的研究热点.近年来,国内外众多专家学者对气固两相流问题进行了大量的研究.其中,气相流动、固相流动、气固相互作用是气固两相流研究的3个主要方面.本文着眼于稠密两相流颗粒运动模拟、气固紊流剪切流场模拟、不同管线及复杂弯管流场模拟、内燃机缸内湍流燃烧分析、旋风分离器和流化床气力输送等当前热门研究领域,结合相关理论与方法,系统地论述了基于欧拉坐标系的连续介质模型、基于上海工程技术大学学报第25卷拉格朗日坐标系的颗粒轨道模型和颗粒拟流体模型在工业应用中的研究状况,为较好地掌握工业生产中流场分布规律及优化提供理论依据.1 两相流方程与模拟方法1.1 两相流基本方程1)两相流连续方程t + x j( v j )=-n k mk(1)2)两相流动量方程t ( v j )+ x j ( vv)=- p x j + x j e v j x i + v ix j+ g i +k (v ki -v i )/ rk +v i S +F M i(2)3)两相流能量方程t ( c p T )+ x j ( v j c p T )= x j e T Tx j+ s Q s -q r +n k Q k +c p T S (3)式中: 为颗粒表观密度;n k 、mk 为第k 种颗粒密度与单位颗粒质量;Q k 为各组颗粒与连续流体相间对流换热;c p T S 为单位体积中连续流体相; s 为连续流体相第S 组反应率; s Q s 为流体相单位体积反应热;F M 为颗粒Magnus 力; e 为方程对应的扩散系数.1.2 两相流模拟方法1.2.1 欧拉双流体法该方法将不同相视作同一微元体内相互贯穿的连续介质,对各相体积率在时间与空间上进行平均,用流动方程描述欧拉参考系下流体质量及动量运输过程,广泛用于自模化管流、风洞实验和气体绕流等流场模拟.曹玉春等[1]用欧拉双流体法分析了不同曳力模型及颗粒弹性恢复系数对鼓泡床稠密气固多相流的影响.郭印诚等[2]基于欧拉双流体法考察了突扩燃烧室内液雾燃烧过程,模拟结果与实验数据符合程度高.1.2.2 拉格朗日法该方法适用于研究二维流场及球形离散相传输过程,忽略颗粒间及颗粒与流体间的相互作用,由瞬态模型计算剪切流离散相传输.在流场特定点源引入大量颗粒后,结合积分方程求得每一颗粒运动轨迹与瞬时速度.昌泽舟等[3]数值研究了气固紊流剪切流中颗粒弥散的拉格朗日模拟.袁竹林等[4]成功地将拉格朗日法用于漏斗流模拟.王聪等[5]在双拉格朗日框架下解决了用离散涡法求解单相流与颗粒运动方程的相容性问题.1.2.3 欧拉-拉格朗日法该方法将特征线法与数值法相结合,主要用于求解连续相与离散相组成的多相流动问题.其中:连续相流场通过网格时间平均求得,并由经典Navier -Stokes 方程控制;离散相流场则由动量方程独立控制.刘向军等[6]详细描述了国内外稠密气固两相流欧拉-拉格朗日法的研究现状,揭示出颗粒运动的复杂经历及运动规律.庞明军等[7]用欧拉-拉格朗日双向耦合法研究了泡状湍流结构及其影响因素.丁琴等[8]通过建立基于欧拉-拉格朗日法的气固两相流模型,数值模拟了泡沫颗粒顶部及侧向射料的填充过程.2 气固两相流模型及应用2.1 连续介质模型连续介质模型把流体看成无数质点组成的毫无间隙的连续介质,从宏观上把握流体物理性质和运动特性,假设各种物理量在流体空间的连续分布、连续变化.采用 欧拉法 把固相看成拟流体,气固两相相互渗透,是目前两相流研究中广泛采用的一种模型,其典型数学模型有k - 模型和单流体模型.2.1.1 k - 模型k - 模型以单方程模型为基础,把湍动能k 与耗散率 相联系,综合考虑湍动能运输扩散与速度比尺的历史效应,通过求解湍流特性方程来确定涡黏性.该模型形式简单,使用方便,可用来计算复杂湍流,预测平面射流、边界层流、管内流动和多维无旋或弱旋流动,是目前最普遍、最具代表性的双方程湍流模型.毛宇飞等[9]通过低Reynolds 数k - 模型对超临界压力下直管湍流强制对流换热及其影响因素进行数值研究.该模型简洁直观、模拟精度高,在改善复杂湍流模型的同时,能在较苛刻的传热工况下进行准确计算.张建等[10]采用标准k - 模型对空流场平衡大气边界层进行数值模拟,通过对比不同方位的湍动能及黏性系数,准确显示各位置气流廓线特征.但由于驻流区湍动能驻点异常,还需采用修正方程对模型边界层自保持性进行修正,为改50第1期孙 晨,等:气固两相流模型在流场分析中的研究进展1)本文涉及的浓度,均为质量浓度( ).善空流场平衡性提出解决思路.刘晶[11]用标准k - 模型定性研究了内燃机汽缸内湍流流场分布及变化情况.研究表明:湍动能大小与缸内壁面距离有关,离壁面越近湍动能越小,且大部分集中于凹坑形燃烧室中心.该研究较真实地显示了内燃机缸内气流分布状况及变化过程.2.1.2 单流体模型单流体模型又称 无滑移模型 ,是在单相湍流模拟逐渐成熟的基础上发展起来的气固两相流模型.该模型假设:1)颗粒按尺寸分组,每组颗粒时均速度等于当地气体时均速度,即动量平衡;2)颗粒温度为常数或等于当地气体温度,即能量平衡;3)气相扩散系数与固相扩散系数相等,即扩散平衡;4)颗粒群按初始或当地尺寸分组;5)各相间相互作用,颗粒群与连续流体相阻力忽略不计.刘云卿[12]指出单流体模型的主要优点是处理方法简单,可采用较成熟的处理两相流问题,并运用该模型对柴油机微粒过滤器气固两相流特性进行数值模拟,着重研究了过滤体内压力场、速度场及均匀性分布.结果表明:过滤体阻力造成内部压力逐层递减,扩口壁面压力损失较明显,径向微粒浓度1)呈抛物线状分布,受涡流强度影响较大.徐刚等[13]应用单流体模型数值模拟了旋流喷嘴流体速度场、喷嘴出口处空气涡流及其深度随压强的变化关系,指出气涡深度与流量大小成正比,气涡越深流量越大,并进一步分析流量 压强关系曲线,为改善喷嘴结构提供可行方案.2.2 颗粒轨道模型颗粒轨道模型也称 离散颗粒模型 ,它把颗粒群看成离散相,在拉格朗日坐标系中考察颗粒与气体、颗粒与颗粒间相互作用,通过追踪颗粒运动轨迹来观察沿轨道颗粒的速度、温度、密度、质量及能量的变化过程.该模型假设:1)颗粒相是与连续流体相存在速度及温度滑移的离散相;2)颗粒群自身无湍流黏性、湍流扩散和湍流导热;3)颗粒群按初始尺寸分组,每组颗粒在任何时刻都有相同尺寸、速度和温度;4)各组颗粒从一定位置出发沿各自轨道运动,可追踪颗粒质量、速度和温度的变化情况;5)颗粒作用于流体的质量、动量能量源等价均布于气相单元内.文献[14]认为,颗粒轨道模型的最大优点在于物理概念明确,计算简单,可节省计算机存储及运算时间,能追踪描述复杂经历的固相颗粒,数值模拟时不产生伪扩散.徐江荣[15]基于湍流理论研究了两相流颗粒轨道模型的特征频率,构造频谱分布函数后对频谱指数特性进行分析,结合相关流体理论系统描述了湍流脉动过程,为复杂工程流场中颗粒轨道模型的改善提供相应技术方案.胡建新等[16]将颗粒轨道模型中3种颗粒跟踪与定位算法进行对比研究,结合超声速拦截器外流场模拟算例,详细分析了飞行器复杂流场的变化过程,指出综合考虑搜索网格数与搜索时间条件下,R.Chor da 颗粒轨道算法具有显著优势.胡长松等[17-19]基于颗粒轨道模型建立柴油机微粒过滤器二维流场模型及气固两相流模型,对微粒在多孔介质中的扩散、惯性捕集机制进行模拟研究,指出气体流速与微粒粒径对捕集效率均产生不同程度影响,模拟结果与实验数据误差较小,具有一定的合理性与可行性.2.3 颗粒拟流体模型颗粒拟流体模型又称 小滑移模型 ,该模型基于连续介质概念,把颗粒视作与流体相互渗透的一种拟流体,全面考虑相间速度滑移、颗粒扩散、相间耦合和颗粒对流体的作用.该模型将流体与颗粒在整体上视为一种特殊介质,给出三维空间颗粒速度、浓度、温度的分布规律,在计算、建模、求解上具有统一性.于勇等[20]指出颗粒拟流体模型对可压缩两相流具有典型指导意义,并将其用于研究超声速可压缩两相流中气相与颗粒的相互作用规律.研究表明,颗粒浓度与粒径大小均对两相流产生较大影响,且颗粒的存在会使流场产生较大变化,造成轴向射流马赫数降低,温度升高.鲍仲辅等[21]采用颗粒拟流体模型对圆柱气固喷射器两相流动进行三维数值仿真,并指出该模型将能量耗散转化为黏度,较大程度地简化了计算规模,且运算时间短.郑建祥等[22]基于黏性颗粒拟流体模型数值模拟了流51上海工程技术大学学报第25卷化床纳米颗粒气固两相流动特性,主要研究了颗粒间的黏性作用与能量耗散,为提出适用纳米颗粒的新拟流体模型提供科学依据.汪翔等[23]实验研究了基于颗粒拟流体模型的柴油高压喷嘴空化流动,进一步寻找影响柴油机喷雾及燃烧的主要因素.研究表明,边界条件对喷口内空化流动较敏感,压力波动导致空化过程不稳定,且液相湍流分布特征与喷口速度有助于柴油一次性雾化.王维等[24]采用颗粒拟流体模型对循环流化床流场分布进行模拟仿真,并将空隙率、颗粒速度等相关参数与传热过程相耦合,其模拟结果与实验数据吻合程度高,为耦合流动、传热、反应的二维模拟及燃烧器结构优化提供可靠依据.潘卫国等[25]将颗粒拟流体模型与离散介质动力理论结合,对不同弯管及复杂管线内气固两相流动进行数值模拟,详细研究了弯曲角度与曲率半径对不同尺寸粒子的分离效果,为电站锅炉燃烧流场优化提供有效途径.3 模型分类及对比用于描述气固两相流场变化的数理模型主要有3类,分别为基于欧拉坐标系的连续介质模型、基于拉格朗日坐标系的颗粒轨道模型和颗粒拟流体模型.其中:连续介质模型主要包括k - 模型与单流体模型;颗粒轨道模型可分为颗粒轨道随机模型和颗粒轨道模型频谱法等;典型颗粒拟流体模型为气体拟颗粒模型.目前,将气固两相流理论融入工程实践还处于不断完善阶段,通过对两相流模型研究现状的分析比较,结果表明:1)连续介质模型大多用于研究工程流体力学中的气液运动规律,其优点在于能将流体结构抽象为连续介质,对微观问题进行宏观处理,但该模型不适用于研究分子间距较大的特殊气体动力学问题.2)颗粒轨道模型主要用于研究流体力学中颗粒相与流体相的相互作用,其优点在于能较好地描述复杂经历中颗粒蒸发、凝结、挥发等过程,但该模型对流场颗粒浓度、速度分布及湍流扩散等现象缺乏较好的处理方法.3)颗粒拟流体模型重点用于研究流体中颗粒相黏性、扩散及导热等物理性质,其优点在于能同时考虑颗粒自身的湍流扩散与相间速度滑移,统一处理弥散颗粒与连续流体,但该模型计算量过大,对复杂流体现象的处理有待进一步改进.4 结 语经过多年的不懈努力,我国气固两相流研究已取得迅猛发展,并逐步成为以守恒方程为基础,从本构关系出发的多层次现实性交叉学科.在加强国际前沿交流的基础上,我国气固两相流研究将立足实际工业需求,从工业生产中寻求创新突破口,在协调发展相关学科的同时,深入研究非线性流动、流型转变机制、瞬态现象解析和多维紊流等复杂两相流现象,不断开拓学术领域与研究成果,为我国现代化工业建设奠定坚实基础.参考文献:[1] 曹玉春,吴金星,李言钦,等.基于欧拉-欧拉模型的气固鼓泡床数值模拟研究[J].热力发电,2008,37(11):35-38.[2] 郭印诚,林文漪,王冬.液雾燃烧的全欧拉模型数值模拟[J].燃烧科学与技术,2000,6(1):38-43.[3] 昌泽舟,Berlemont A ,Go uesbet G.气固紊流剪切流中颗粒弥散的拉格朗日模拟[J].空气动力学学报,2001,19(1):39-46.[4] 袁竹林,徐益谦.用拉格朗日法对气固两相流动的数值模拟[J].发电设备,1997(6):27-29,36.[5] 王聪,陈斌,郭烈锦,等.双拉格朗日模型模拟气固两相双圆柱绕流[J].西安交通大学学报,2009,43(1):77-80.[6] 刘向军,石磊,徐旭常.稠密气固两相流欧拉-拉格朗日法的研究现状[J].计算力学学报,2007,24(2):166-172.[7] 庞明军,魏进家,刘海燕,等.泡状流相分布及湍流结构的欧拉-拉格朗日双向耦合数值研究[J].西安交通大学学报,2010,44(7):1-5.[8] 丁琴,吴志超,姜俊侠,等.基于欧拉-拉格朗日模型的射料过程的数值模拟[J].特种制造及有色合金,2006,26(4):211-214.[9] 毛宇飞,郭烈锦,白博峰.基于低R eynolds 数k -模型的超临界流体对流换热的快速计算模型[J].化工学报,2010,61(2):281-288.[10] 张建,杨庆山.基于标准k - 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扩散式方形分离器数值模拟湍流模型的比较研究
０ 引言
旋风分 离器 是最 为古 老 的气 固分 离 和空气 取 样 设 备之一 ， 在许多工业领 域 ， 如能源 、 环保 、 化工、 轻 工 和冶金等行业 有着广泛 的应用 。近年来 ， 不少 研究者 从 各种 角度 对改进 旋 风分离 器分 离 细颗粒 的性 能进 行 了大量 的研究 工作［ １ － － ４ １ 。由于分离器 的工作过程是一 种 极其 复杂 的三维 强旋转 湍流 、 两 相分 离运 动 ， 且涉
扩散式方形分 离器数值模 拟湍流模型 的比较研究
李 阳 胡斐
中机 国能 电力工程有 限公 司
摘 要 ： 利用考 虑各 向异性 的雷诺 应力湍 流模型 （ Ｒ Ｓ Ｍ） 和Ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｂ ｌ ｅ 一 湍 流模 型对扩散 式方形分离器 内的流 动情况进行 了数值模拟研究 ， 比较 了两种湍流模型下分离器 内部气相流场 的轴 向、 切 向和径 向速度 分布。数值模
Ｃｏｍ ｐａｒ ａｔ ｉ ｖｅ Ｓｔ ｕ ｄｙ ｏｆ Ｔｕｒ ｂｕｌ ｅｎｃｅ Ｍ ｏｄｅｌ ｏｎ Ｎｕｍ ｅｒ ｉ ｃａｌ Ｓｉ ｍ ｕｌ ａｔ ｉ ｏｎ ｏｆ Ｄｉ ｆｕｓｅ Ｓｑｕａｒ ｅ Ｓｅｐａｒ ａｔ ｏｒ
ＬＩ Ｙａ ｎ ｇ ， Ｈ Ｕ Ｆｅ ｉ
ｓ ｑ ｕ ａ ｒ ｅ ｓ ｅ ｐａ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ Ｒｅ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｂ ｌ ｅ 一 ｔ ｕｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｉ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｂｌ ｅ ．
拟计算结果 表明考虑各 向异性 的雷诺应力 湍流模型 （ Ｒ Ｓ Ｍ） 比Ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｂ ｌ ｅ 一 模 型更好地反应 了分离器 内部的流 动情况 ， 其计算结果更为合理 。 关键词 ： 扩散式方形分离器 雷诺应力湍 流模 型（ ＲＳ Ｍ ）Ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｂ ｌ ｅ 一 湍流模 型
新型导流式固-液旋流分离器流场的数值模拟
作 为野外净水装置的核 心设备 ， 旋流分离器 （ 下称旋流器） 是一种用于液体非均匀混合物分离的设 备 。它是野外净水装置 的前置处理单元 ， 其分离效果直接影响后续设备的水处理 陛能 。本文研究的旋流
器 属 于 改 进 型导 流 式 Ｌｋｓ 型 固一 旋流 器 ， 设 计 中 ， 寸 、 构 和形 状等 方 面 皆存 在 诸 多不 确 定 因 ａｏ筒 液 在 尺 结
ｃ ｎ ｉ ｏ ｆ ｅ ｏ ｓ ｒ ｓ ｕ ｅｌ ｓ ｎｕ — ｙ ｉ ｄ ｒ ｅ ｍｅ ｔ ｓ ｏ ｌ ｅｉ ｒｖ ｄ ｂ ｐ ｉ ｌ ｅ ｉｎ ｏ ｙ ｒ ｃ ｃｏ ｅ ｏ ｄ ｔ ｎｏ ｒ ｕ ｅ ｓ ｒ ｓｉ ｐ ｃ ｌ ｅ ｇ ｎ ｓ ｈ ｕ ｄ ｂ ｍｐ ｏ ｅ ｙｏ ｔ ｉ ｓｉ ｐ ｏ ｎ ｓ ｍａ ｓｇ ｆ ｄ ｙ ｌｎ ． ｄ ｈ ｏ
ｔ ｊｃ ｒ ｓ ｂ ｔｎｉ ｆｗｆ ｌ ａ ｃ ｌ ｅ． ｅｕｔｓｏ ａｔｅ ｅ －ｙｅ ｏｉ ｌ ｕｄｈｄｏｙｌｎ ’ ｕ ｓ ｅｓ ｍｏ ． ｅ ｒ ｅｔ ｙ ｉｒ ｕｉ ｏ ｅ ｅ ａ ｕ ｔ Ｒ ｓｌ ｗｔ ｔ ｗ ｓ ｌ ｓｌ －ｑ ｉ ｙｒｃｃ ｅ ｃｔｉ Ｌ Ｓ Ｔ ａ ｏ ｄｔ ｉ ｏ ｎｌ ｉ ｄ ｌ ｃ ｌ ａｄ ｓｈ ｈ ｎ ｈ ｔ ｄｉ ｏ ｚ ｉ５ Ｌ ｒ Ｏｈ
６
７
１溢 流 口；２ 上 柱段 ：３ 中柱 段 ： ４ 下柱 段 ； ． ． ． ． ５底流 口；６ 进料 口；７ 导流板 ． ． ．
图 １ 导 流式 旋 流 器 简 化 模 型
Ｆ ｇ １ Ｓ ｍｐ ｉ ｅ ｄ ｌ ｆ ｉｅ ｓｏ ｙ ｒ ｃ ｃ ｏ ｅ ｉ ． ｉ ｌ ｉ ｄ ｍｏ ｅ ｖ ｒ ｉｎ ｈ ｄ ｏ ｙ ｌ ｎ ｆ ｏｄ
旋流 器 三维模 型 进行 划分 ， 生成 ｍ ｓ 格式 的文件 ， 后导 人 Ｆｕｎ软 件进行 模 拟 和分析 Ｅ ｅｈ 然 ｌｅｔ ２ ］ 。建立 的导流式 旋流 器 三维 网格模 型 如 图 ２ 示 。 所
扩散式旋风分离器的分离临界粒径的数学计算方法研究
管理 ， 制污 染 ， 控 确保 安装 后 的液压系 统能够 安全可
＼ ／
１ 切 向进 口 ２ 圆筒 体 ． ． ５反射屏 ． ６受尘斗 ． ３透气孔 ． ７ 固 定板 ． ４ 倒 锥 体 ． ８ 排 气 管 ．
图 １ 扩 散 式 旋 风 分 离器
目前 大多数厂 家 的生 产与开发 都是基 于试 验研
究， 相应 的数 值研 究 比较 少 。本 文 拟采 用 平衡 分 离 理论 计算 扩散式旋 风 分离 器 的 临界 分 离粒 径 ， 设 为 计 提供一些参 考 。
液 压 系 统 安 装 中 的 污 染 控 制
神 华 黄骅 港务 公 司装 船 一 部 许 宁
液压传 动设备 抗 污染 能 力 低 ， 液压 故 障 大 多数
，
系统制 作 、 安装 过程 中潜伏 的污染 物多 为切屑 、
毛刺 、 型砂 、 料 、 料 、 涂 磨 焊渣 、 片 和灰 尘 等 固体颗 锈
Ｐ ｒ Ｏ ｅａ ｏ ２ ０ ． ｏ ３ Ｓ ｒ ｌ ｏ １ ９ ｏｔ ｐ ｒ ｉｎ ０ ８ Ｎ ． （ ｅ ａ Ｎ ． ７ ） ｔ ｉ
扩 散 式 旋 风 分 离 器 的 分 离 临 界 粒 径 的 数 学 计 算 方 法 研 究
武 汉 理 工 大 学 物流 工 程 学 院 范 建 平 李 勇 智
２ 分 离临 界 粒径 的计 算
旋 风分离 器所能分 离 的最 小粒 子称为 分离临 界
】 ８
绕 流雷诺 数也 很小 ， 可假设 粒子处 于斯托克 斯 区 ， 即
汇 流 对 粒 子 的 推 力
维普资讯
港 口装 卸
２０ ０８年 第 ３期 （ 第 １９期 ） 总 ７
粒 径 。 对 分 离 临 界 粒 径 有 不 同 的 分 析 方 法 ， 致 可 大
旋风分离器结构原理分析
粒经 此缝 隙 降至集尘 箱 内 ， 而挡灰 盘 把气流 主体 隔开 ， 经挡灰 盘顶 部小 孔 的少 量进 入箱 内 的气体 返 回器 内， 与上 升旋 流汇 合经 排气 管排 出 。 挡灰 盘有 效地 防 止 了 已沉 下 的细粉 被 气流重 新 卷起 ， 因而使 效率 提高 ， 尤其 对 ｌ ０ ｕ ｍ以下的颗
盘下 沿与器壁 底 圈留有缝 隙 ， 顶 部 中央 有 孔， 为倒 置的 漏斗 型。 沿 壁面 落下 的颗
含尘气 体从 圆筒上 部长方形 切线进 入设备 内旋风分 离 区， 沿 圆筒 内壁 作旋 转 流动 。 密度 大的液 滴和尘 粒在离 心力作 用下被 甩 向器 壁 ， 并在重 力作 用下 ， 沿 内壁 落入灰 斗 。 气流 在 内层 。 气 固得 以分离 。 在 圆锥部 分 ， 旋转 半径 缩小 而切 向 速 度增 大 ， 气 流与颗 粒作 下螺旋运 动 在 圆锥 的底部 附近 ， 气流 转为上 升旋转 运 动， 最后 再经 设备 顶 部 出 １ ： ３ 流出。
含尘 气体 自进 气管进 入旋 风分 离器后 ， 有 一小 部分 气体 向顶盖 流动 ， 然 后 沿 排气 管外 侧 向下流 动 ， 当达 到排气 管 下端 时汇人 上升 的 内旋 气流 中， 这部 分
和湿度的变化而变化 。
６ ． ２ 旋 风分 离器 的形 状
气流称为上涡流。 旋风分离器的分离效率降低就是由于上涡流中的颗粒也随之
粒， 分 离效 果更 为 明显 。 六、 影 响性 能 的因素
气流在 旋风分 离器 内的分离机 理和流 动情 况均非 常复杂 ， 因此 影响旋 风分 离 器性 能 的 因素较 多 ， 其 中最 重要 的 是操 作条 件及 物 系性 质 。 一 般说 来 ， 粒 径 大、 颗粒 密度大 、 粉 尘浓度 高及进 口速 度高等 情况均有 利于 分离 。 如含 尘浓 度高 则 有利 于颗 粒 的聚 结 ， 可 以抑 制气 体 涡流 ， 从 而 使 阻力 下 降 ， 而且 可 以提 高效 率， 所 以较高 的含尘 浓度对 压 力降 与效率 两个 方面 都是 有利 的 。 但有 些 因素对 这 两方 面的 影响是相 互 矛盾 的 ， 如 旋风 分离器 的进 口速 在 １ ０ －２ ５ ｍ／ ￣ 围 内为
陶瓷膜用于气固分离的研究现状和前景
2
陶瓷膜用于气固分离的基本原理和 模式
目前 , 无机陶瓷膜已在水处理、 食品加工、 医药、
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膜
科
13]
学
与
技
术
第 25 卷
石油化工和生物技术等方面得到广泛利用[ 7-
,但
在煤炭气化、 废物焚烧、 废物热解、 再生黑色金属熔 化、 贵金属回收、 热土壤重整、 流化床金属净化、 锅炉 装置、 化工制造和玻璃 熔化等多个领域得到应 用[ 19] . 但在我国 , 陶瓷膜在气固分离方面的研究和 应用还处于初级阶段, 尚未有应用方面的报道. 目前 , 用于气固分离的陶瓷膜过滤器, 根据膜材 形状和排列方式的不同 , 分为挂烛式、 列管式、 蜂窝 状和板式等类型, 以挂烛式和列管式为主. 陶瓷膜过 滤组件由众多的陶瓷单管成管束状组装起来, 膜层 可在单根陶瓷管的外表面, 也可以在其内表面. 图 2 所示是一种挂烛式 ( 下端密封 ) 的陶瓷膜过 滤装置设计 [ 20] , 是典型的终端过滤模式. 含粉体或 灰尘的高温气体由烛式膜管的外侧进入, 气体通过 膜体渗透 , 固体粒子被滤除在膜管外侧表面 , 随着灰 尘的沉积加厚形成滤饼, 进气侧和出气侧之间的压 强降逐渐增大 , 气通量减小, 当滤饼积累到一定程度 后, 进行脉冲式气体反冲清灰 .
hotgasparticlecollectorperformance陶瓷膜用于气固分离的基本原理和模式目前无机陶瓷膜已在水处理食品加工医药09基金项目国家重点基础研究发展规划973项目2003cb615700安徽省科学基金资助项目作者简通讯联系人66在煤炭气化废物焚烧废物热解再生黑色金属熔贵金属回收热土壤重整流化床金属净化锅炉装置但在我国陶瓷膜在气固分离方面的研究和陶瓷膜为多孔结构的非对称膜其过滤性能类似于固定堆积床层即被脱除的物质大都在其表面易于清洗17可采用终端过滤和错流过滤两种基本方式18在终端过滤中气溶胶颗粒到达滤材表面的轨迹大致与滤材垂直混合流体通过过滤介质导致颗粒在上游面沉积即表面过滤或在深层过滤的情况下颗粒进入滤材
固体流态化实验_2
实验十一 固体流态化实验一、实验目的1.观察散式和聚式流态化现象；2.测定液固与气固流态化系统中流体通过固体颗粒床层的压降和流速之间的关系。
二、基本原理流体（液体或气体）自下而上通过一固体颗粒床层, 当流速较低时流体自固体颗粒间隙穿过, 固体颗粒不动；流速加大固体颗粒松动, 流速继续增大至某一数值, 固体颗粒被上升流体推起, 上下左右翻滚, 作不规则运动, 如沸腾状, 此即固体流态化。
液固系统的流态化, 固体颗粒被扰动的程度比较平缓, 液固两相混合均匀, 这种流化状态称为“散式流态化”；气固系统的流态化, 由于气体与固体的密度差较大, 气流推动固体颗粒比较困难, 大部分气体形成气泡穿过床层, 固体颗粒也被成团地推起, 这种流化状态称为“聚式流态化”。
流态化床层的压降可由下式表达:g L P s )1)((ερρ--=∆对于球形颗粒, 起始流化速度（又称临界流速）可由下式表达:μρρg d u s p mf )(00059.02-=以上两式中: L ——床层高度, m ；ρs ——固体颗粒密度, kg/m3；ρ——流体密度, kg/m3；ε——床层空隙率；g——重力加速度, m/s2；dP——固体颗粒平均直径, m；μ——流体粘度, N·s/m2。
由以上两式可知, 影响流化床层和起始流化速度的因素主要为床层高度、流体与颗粒的密度、颗粒空隙率和颗粒尺寸、流体粘度等。
另外可根据佛鲁德准数（判断两种流化状态, （Fr）mf小于1时为散式流态化, 大于1时为聚式流态化。
上述各关系可以通过实验进行验证。
三、实验装置实验装置流程见附图所示, 分液固和气固两种流化床, 均为矩形透明有机玻璃结构, 床层横截面积尺寸为150×20mm, 分布板上放置约1公斤φ575μm玻璃球固体颗粒。
液固系统的水由旋涡式水泵自塑料水箱抽取经转子流量计送入流化床底部, 床层压降由倒置的U型管压差计计量, 流经床层的水由顶部溢流槽流回水箱。
实验2--气固流化床反应器的流化特性测定
3100105025 化工1003 李文博实验二 气固流化床反应器的流化特性测定一、 实验目的1. 观察了解气固流化床反应器中不同气速下固体粒子的流化状况，建立起对流态化过程的感性认识。
2. 了解和掌握临界流化速度U mf 的测量原理、方法和步骤，明确细粒子流化床的基本特性。
3. 进一步理解两相理论以及临界流化速度与起始鼓泡速度的区别。
二、实验原理1．在气固流化床反应器中，气体通过床层的压力降△P 与空床速度U 0之间的关系能够很好地描述床层的流化过程。
如图1所示：气体自下向上流过床层。
当气速很小时，气体通过床层的压力降△P 与空床速度U 0在对数坐标图上呈直线关系（图1中的AB 段）；当气速逐渐增大到△P 大致等于单位面积的重量时，△P 达到一极值（图1中P 点）；流速继续增大时，△P 略有降低；此后床层压力降△P 基本不随流速而变。
此时将流速慢慢降低，开始时与前一样△P 基本不变，直到D 点以后，△P 则随流速的降低而降低，不再出现△P 的极大值，最后，固体粒子又互相接触，而成静止的固定床。
2．在一正常速度下，处于正常流化的流化床，如果突然关闭气源，则由于床层中有气泡存在，以气泡形式存在的气体首先迅速逸出床层，床层高度迅速下降；而后是浓相中的气体逸出，床层等速下降；最后是粒子的重量将粒子间的部分气体挤出，床层高度变化很小。
由此可得其床层高度随时间变化的崩溃曲线（如图2所示）。
因此，可以设想，如果床层中图1 △P ～ U 关系log Ul o g △P1 2 3 4 6 5 t (sec) 260 270 280290300H TH D H D图2 H T ～ t 关系没有气泡，则床层一开始就随时间等速下降，所以，将上述崩溃曲线中的等速部分外推到t=0处时的床层高度，即为浓相床层的高度H D 。
这样，只要重复上述过程，多做几条崩溃曲线，总可以找到一条曲线，这条曲线正好无气泡逸出段，开始就是等速下降的起点。
气体的扩散实验观察和测定不同气体的扩散速率
气体的扩散实验观察和测定不同气体的扩散速率气体扩散是指在两个不同气体之间或者在气体与空气之间，分子之间的自发的混合运动。
扩散速率是衡量气体扩散能力的指标之一，能够反映气体分子在单位时间内从高浓度区域向低浓度区域移动的快慢。
本实验旨在观察和测定不同气体的扩散速率，并分析其原因。
材料与仪器：1. 玻璃片2. 盖玻璃片3. 氢气气瓶4. 氧气气瓶5. 留孔橡皮塞6. 扩散漏斗7. 扩散瓶8. 手电筒实验步骤：1. 准备两块平整的玻璃片，清洗干净并晾干。
2. 取一块玻璃片，用胶带将四周边缘封口，使之成为一个封闭的容器，保证漏斗封闭，不会有气体泄漏。
3. 在另一块玻璃片中央，钻一个直径适中的小孔，用留孔橡皮塞将其封住，留孔橡皮塞的一端用胶布固定在玻璃片上。
4. 将扩散漏斗插入玻璃片上的小孔中，确保漏斗位于玻璃片的一侧。
5. 用塑料管连接氢气气瓶和漏斗，利用气压使氢气从气瓶中进入扩散漏斗，然后通过小孔进入封闭的容器内。
6. 将扩散瓶放置在光线充足的地方，并将手电筒从侧面对着扩散瓶照射，以便观察扩散现象。
7. 观察一段时间，记录氢气从扩散漏斗扩散到封闭容器内的速度。
8. 取下扩散漏斗，并用胶带封住小孔，防止气体泄漏。
9. 清洗玻璃片和扩散瓶，更换气瓶中的气体，重复步骤5-8，观察和测定其他气体的扩散速率。
实验结果：通过反复观察和测定，我们记录了氢气和氧气的扩散速率如下：氢气扩散速率：在相同时间内，观察到氢气从扩散漏斗扩散到封闭容器内的距离约为10厘米。
氧气扩散速率：在相同时间内，观察到氧气从扩散漏斗扩散到封闭容器内的距离约为5厘米。
讨论与分析：根据实验结果可以看出，氢气的扩散速率明显高于氧气的扩散速率。
这是由于氢气的分子量较小，分子之间的碰撞和运动频率较高，扩散能力也相应增强。
相比之下，氧气的分子量较大，分子之间的碰撞和运动频率相对较低，因此扩散速率较慢。
此外，扩散速率还受到温度、压力和浓度差异的影响。
一般来说，温度越高，分子的平均动能越大，分子之间的距离越大，扩散速率也相应增加。
体外扩散实验报告
一、实验目的1. 了解气体扩散的基本原理。
2. 通过实验验证气体扩散现象，并分析影响气体扩散的因素。
二、实验原理气体扩散是指气体分子从高浓度区域向低浓度区域自发地移动的过程。
根据Fick定律，气体扩散速率与浓度差、扩散距离和气体分子的扩散系数成正比。
本实验通过观察不同条件下气体在溶液中的扩散现象，来验证气体扩散的规律。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：红色食用色素、蒸馏水、NaCl溶液、氢氧化钠溶液、温度计、计时器、滴管、烧杯、滤纸等。
2. 实验仪器：恒温水浴锅、显微镜、数据分析软件等。
四、实验步骤1. 准备工作：将红色食用色素加入蒸馏水中，配制成不同浓度的溶液，如1%、5%、10%等。
2. 实验一：观察色素在蒸馏水中的扩散现象。
a. 将滤纸折叠成条状，放入烧杯中。
b. 用滴管取1%红色食用色素溶液滴在滤纸条的一端。
c. 将烧杯放入恒温水浴锅中，保持水温恒定。
d. 观察并记录色素在滤纸条上的扩散情况，并记录时间。
3. 实验二：观察不同浓度NaCl溶液对色素扩散的影响。
a. 将1%红色食用色素溶液滴在滤纸条的一端。
b. 分别在滤纸条两侧加入不同浓度的NaCl溶液（如1%、5%、10%等）。
c. 将烧杯放入恒温水浴锅中，保持水温恒定。
d. 观察并记录色素在滤纸条上的扩散情况，并记录时间。
4. 实验三：观察温度对色素扩散的影响。
a. 将1%红色食用色素溶液滴在滤纸条的一端。
b. 将烧杯放入不同温度的水浴锅中（如20℃、30℃、40℃等）。
c. 观察并记录色素在滤纸条上的扩散情况，并记录时间。
5. 数据处理：利用数据分析软件对实验数据进行处理，分析不同条件下气体扩散速率的变化规律。
五、实验结果与分析1. 实验一：观察到红色食用色素在蒸馏水中逐渐扩散，扩散速率随时间增加而增加。
2. 实验二：观察到在不同浓度NaCl溶液中，红色食用色素的扩散速率有所不同，浓度越高，扩散速率越慢。
3. 实验三：观察到在不同温度下，红色食用色素的扩散速率不同，温度越高，扩散速率越快。
211 某缸内直喷发动机油气分离模拟分析及实验验证_德来特_胡景彦等
某缸内直喷发动机油气分离模拟分析及实验验证胡景彦吴丰凯洪进(宁波市鄞州德来特技术有限公司，浙江宁波315000)摘要：某缸内直喷发动机由于在缸盖罩位置布置高压油泵，导致气缸盖罩油气分离部分空间被占用，需要重新设计该款缸内直喷发动机油气分离结构型式。
本文使用Fire仿真分析软件对某缸内直喷发动机油气分离器内气液两相流场进行了数值模拟，分析了三种不同结构(改进前后)迷宫式油气分离器的流动分布、压力损失，采用离散模型模拟油滴粒子喷射，假定油滴粒子与壁面碰撞后即被捕捉，进而得出不同直径油滴的油气分离效率，根据仿真分析结果选择最优化设计方案;并设计了一个简单而有效的试验方法对油气分离器分离效率间接进行验证。
结果表明，采用FIRE软件模拟计算方法能够计算出油气分离器油气分离效率，获得的结果反映了流动本质。
在模拟分析过程中，油滴直径设定在(1-15)um范围内时，根据所需要的油气分离效率优化设计油气分离结构，满足最终产品要求。
同时，基于计算分析准确的前提下，提出了相应试验验证方法。
关键词：缸内直喷Fire 油气分离器气液两相流油滴直径实验主要软件：A VL FIRE1.引言排放法规日趋严格，发动机活塞窜气要回收到进气管路中，这就要求回收的气体中尽量不要存在油滴，否则影响发动机燃烧和损坏空气滤清器滤芯，并且窜出的油气会降低曲轴箱中机油的润滑效果。
因此必须使这部分残余废气迅速排出曲轴箱，保证曲轴箱内压力和温度的稳定性，这些因素都要求油气分离器要满足一定分离要求。
以往的设计都是基于一些工程经验，设计人员对产品把握性很小，要经过反复的验证过程，从而大大浪费了人力和物力，并且这种设计过程不能对后续的产品开发提供强力的理论支持。
迷宫式油气分离器布置空间小，结构相对简单，一般集成在发动机罩盖上，在小型紧凑的发动机上应用越来越广泛。
传统的迷宫开发方法是将不同结构的迷宫样件进行油气分离试验，试验成本高，开发周期长。
而应用CFD（Computational Fluid Dynamic，即计算流体力学）仿真技术，结合商业流体软件Fire，在计算机虚拟环境中模拟油气分离器的流动、压损与分离效率，可以更直观的对油气分离器内的气体流动进行评价，并能迅速进行方案优化。
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对该分 离 器 几种 不 同 尺寸 在 几种 工 况下 进 行 了 冷 态 实 验 ， 文 介 绍 的实 本 验 主 要对 以下 不 同尺 寸 的 图 ｌ 新 型 气 固分 离器 分 离 器在 不 同 的工 况下 进 结构 示意 图 行 了选 型 ： （）改 变 下导 流锥 的倾 角 （５，４ ，ｏ，０） １ ４。５￣６。７ｏ。
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对于 电厂 灰 ： 其速度 一效 率 ， 度 一阻力损 失关 速 系 曲线 如 图 ３ 图 ４所 示 。 、
６￣ Ｏ０） ６￣） ０ｔ ２ 斟 藏 ７￣） ０￣ １ ７￣） ０ｔ ２
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书
ｔ】径 向测 点 ， Ｉ ｍｍ 速 度 ｍ－ ｓ
（ ）改 变 下导 流锥 的底 径 。 ２
气 固分离器 ， 目前已经做了大量 的理论分析和实验 研 究 。研究 表 明 ： 离 器 的结 构 尺 寸 及 运 行 工 况 对 分
离器 的结 构尺 寸 ， 可以降低 阻力 ， 而提 高效 率能 耗 从 比 ｊ 文对 该 新型扩 散式 下排 气 气 固分离 器 的流 。本
（ 华 大 学 热 能 工 程 系 ． 京 １ ） ４ 清 北 ￣０ ） ８
摘
要 ： 过 实验 方 法 （ 离 效 率 的 测 定 和 三 维 粒 子 动 态 分 通 分
态分 析仪 、 置 、 － 装 数字 微 压计 、 型管 和 电子称 等 （ 实 验 装置见 图 ２ 。 ） 对该 分 离 器 做 了各 种 工 况 下 的冷 态 实 验 ， 变 改 其 入 口气 体 灰 的 浓 度 、 灰
３ 实验 数据及分析
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热
能
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程
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ｓｏ・ａｔｌ Ｄ ｎｍｃ ｎｌ ｅ） ｉ ｆｎＰｒｃ ｙａ ｉ Ａ ａ ｚｒ对分 离器 做 了流 场测 ｉｅ ｓ ｙ 定 实验 ， 不 同截 面（ 图 １和 不 同工 况进 行 测 试 ， 见 ） 实验 得 到 的速度 分 布图 见 图 ５ Ｐ Ａ实 验 是 一 种非 Ｄ 接触 性 测试 技术 ， 的测 试 系统 由六部 分组 成 ：１ 它 （）
关 键
词 ： 固分 离器 ； 气 下排气式 分离器 ； 降低 阻力
２ ； ３７ ５ ４ ５ ０ ５ 文 献标识 码 ： Ａ
角 度 、 气 管 的高 度 和 下 出 导 流锥 的高 度 等 。测 量 的 主要 参 数是 其 分离 效 率 和
压 力损 失 。
中图分 类号 ： 蚴
ｌ 前 言
其 阻力 的影 响很 大 ， 在一 定 的工 况下 ， 正确 的确定 分
额 新鲕
怍
动特性 和 阻力 特 性进 行 了实 验 研 究 分 析 ， 以揭 示 其 结构 尺寸 及运 行 条件 与流 场 ， 阻之 间的变化 规 律 ， 流 为分 离器 的优 。 ３ （ ）选 择 出 气 管 ４ 人 口高 度 。 实 验 工 况 ： 度 温 为 常 温 ， 流 速 度 分 气 别为 １ ／、５ｍ ｓ ０ｍ ｓ １ ／ 、
的种 类 以及 改 变导 流锥 的
析 实验 ） 究 了扩 散 式 下 排 气 气 固分 离 嚣 的 分 离 流 阻、 场 研 流
分布和 分 离效率等 ． 而 降低扩散 式 气 固分 离器 的 阻力， 从 提 高分离效率。分 离器 内部 的各 种设 计 （ 导流锥 高度 的确 上 定、 下导流锥 的倾 角和排 气管 高度 等 ） 为提 高气 目分 离器 均 的效率和降低 阻力， 实验 可 以看 出该 气 固分 离器对 于 ３ 从 ０ ｆ 粒 径粗 友的分 离蓝率很 高， 删 能选到 ９ ％以上。 ５
维普资讯
第 １卷（ ７ 总第９期） ９
热 能 动 力
工 程
２２ 月 ０ 年５ ０
丈 章 编 号 １１ ２∞ （ｃ ）３—０５ ∞ ｏ１ ０ ￣ｏ２ｏ １ ２１
新 型 扩 散 式 下 排 气 气 固 分 ． 实验 研 究 离器
冷碧霞 ， 由旺， 学安 陈 吴
装置、 罗茨风 机 及 供 风 系统 、Ｄ—Ｐ Ａ（ ３ Ｄ 三维 粒 子 动
收 稿 １ ：００ ２ １； 订 １ ￣ｏ ｌ ０ ３期 ２０ —１ — ８ 修 ３期 ２ｏ 一 ２—２ ７ 作 者 简 卉 ： 碧霞 （９ ７一） 女 ． 西 上 高 人 ， 华 大 学 硕士 研 究 生 冷 １７ ． 江 清
２ ｓ、 ５ ｍ／ 、 ０ ｍ／ ０ ｍ／ ２ ｓ ３
２ 扩散 式 下排 气 气 固分 离器 的 实 验设 备及 实验工况
新 型 气 固分 离 器 的入 Ｖ为 一 矩形 ， 向进 入 分 Ｉ 切 离器 ， 尘气 流 首先进 入 上部 直段 的柱 筒 ， 含 内有 上 导 流锥 ， 体在柱 筒 和导 流锥 间旋 转 ， 流 然后 进入 一渐 扩 锥筒 ， 着进 入下 部直 段柱 筒 ， 接 这样灰 就 将沿 着筒 壁 下落 到焦 灰筒 内 。净 化气体 从 下排气 管 排 出 。为减 少 由于旋 转 运 动 导 致 的压 降 排 气 管 上 装 有 下 导 流 锥 ｌ ， ２ 其结 构 见 图 １ 一 。
图 ２ 试验 装 置 图
ｓ含 尘 气 流 的平 均 浓 ； 度 １ｋ ３ ｅ 。 Ｃｍ 实 验 用 灰 ： 验 试
用 的 是超 细 玻 璃 珠 粉 （ 均粒径 ３ ａ ） 平 ０／ｎ 和 热 电 厂 静 电 除 尘 灰
（ 均粒 径为 ２ ａ ） 平 ０／ｎ 。
试验设备 ： 固分离器及平台 、 气 进料装置 、 排尘