第二章气固两相流基础理论

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锅炉气固两相流基础理论

2. 颗粒球形度表征颗粒接近球形的程度。球形度数值越小，颗粒偏离球形越远。用实测方法获得。 •
3.宽筛分颗粒的平均粒径
• 筛分重量平均直径：dav=∑xidi • Xi—不同直径颗粒份额 • Di—颗粒各种不同粒径，用不同孔径的筛子表示 • 对孔径小于25.4mm的孔，用25.4mm长度上的孔数表示，简称“目” • 表3-3 为我国常用的泰勒标准筛的目数（25.4mm 长度上孔数）和对应孔径（相邻网线间的孔径）
3.颗粒的扬析和夹带
• 夹带：指单一颗粒或多组分系统中，气流从床层 • 中带走固体颗粒的现象。 • 扬析：从混合物中分离和带走细粉的现象。
二、炉内颗粒浓度分布
• • • • • • • • •
1. 颗粒浓度沿床高（轴向）分布规律从颗粒浓度沿床高的分布特征看，处于不同流型状态的流化床内的颗粒浓度沿床高分布规律差别很大。从总体上讲，循环流化床炉内颗粒浓度一般呈上稀下浓的不均匀分布，如图2-21所示。
•
通常，对于挥发分较高的煤，粒径允许范围较大，筛分较宽；对于挥发分较低的无烟煤、煤矸石，一般要求粒径较小，相对筛分较窄。 • 国内目前运行的循环流化床锅炉，其燃料粒径要求一般在0.1～10mm、0.1～l5mm，特殊的要求 0.1～20mm，这些燃料粒径要求范围较大，均属宽筛分。
• 6．燃料颗粒特性—称燃煤的粒比度 • 是选择制煤设备和锅炉运行的参数 • 细颗粒多,一般炉温整体高,燃烧后燃 • 粗颗粒多,影响排渣,炉膛易结焦 • 7．流化速度--空塔速度,不是一个常量,指床料或物料流化时动力流体的速度 • 运行中控制和调整风量,就控制盒调整了流化速度,即控制炉内物料的流化状态 • 一次风:通过布风板和风帽使床料(或物料)流化起 • 来的空气

气固两相流体力学

颗粒在气相中做变速运动，由于变速运动增加的阻力，其表达式为：
F B a3 2d p 2(
1t
1d
g g)2t0(t t')2d t(v g vp)d t'
对其气固两相流，Basset力为颗粒沉降阻力（斯托克斯阻力）的十分之一，通常忽略其影响；但对于液固流，该力必须考虑。
10.2.7 Saffman升力
颗粒开始出现运动噎塞，形成料栓，运动变为不稳定状态。
9
气固颗粒两相流体力学
4. 柱状流栓状的固相颗粒聚集，形成料柱。
10.3.2 水平管道内的流型 1. 均匀流
固相在管道横截面内分布均匀，流动通畅。 2. 疏密流
重力作用显现，颗粒分布呈疏密不一分布，底部颗粒跳跃前进。 3. 沙丘流
颗粒在重力作用下开始沉降，在管道下部形成波纹状沙丘。 4. 栓状流
单位管长中颗粒质量与输送气体的质量之比称为真实混合比。
'q qm m g p//v vg p g p '' 1 g p1 v vg p
5
气固颗粒两相流体力学
10.2 作用在固体颗粒上的力气固两相流问题的解决依赖于颗粒相与气相之间的动量交换，
为了很好地计算动量交换，必须对它们之间相互作用力给出描述。 10.2.1 重力
固体颗粒在有速度梯度的流场中运动时，颗粒两侧流速不同导致
一个由低速区指向高速区的作用力。对于低雷诺数流动区域
（Re<1）：
F s 1 .6 1 d p 2 (gg ) 1 /2 ( v g v p )|d v g /d y |1 /2
8
气固颗粒两相流体力学
10.2.8 Magnus效应固体颗粒在气相中存在旋转时，会产生一个与流动方向垂直的、

第二章气固两相流动的研究方法

这种方法网格尺地比湍流尺度大可以通过模拟这种方法网格尺地比湍流尺度大可以通过模拟湍流发展的一些细节对湍流运动特性和结构进湍流发展的一些细节对湍流运动特性和结构进行细致的研究和分析有助于人们在简化雷诺方行细致的研究和分析有助于人们在简化雷诺方程时合理地选择所作的假设但大涡模拟所需的程时合理地选择所作的假设但大涡模拟所需的计算机存储量和机时仍很大
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• （3）离散涡模拟
离散涡模拟又称随机涡模拟，是把湍流流场分成一系列尺度的涡元，在拉氏坐标中用涡元的随机运动来模拟流量。离散涡模拟对二维不可压缩、非定常、高雷诺数流动的直接数值模拟具有优越性；它可以较真实地反映湍流产生及发展过程的机理，无需用其它模型封闭，数值耗散小，具有自适应性，无需区分层流和湍流，且适合模拟绕复杂几何外形的分离流动。但此方程不能模拟小尺寸度涡的湍流流场，大部分研究仍限于简单流动中的定性结果，而且计算量也非常大，耗时长，很难用于工程上三维复杂气固流动。
• PTV系统主要由照明、成像和图像处理等部分组成(图1)。 PTV系统主要由照明、成像和图像处理等部分组成( 1)。
照明部分主要包括连续或脉冲激光器、光传输系统和片光源光学系统；成像部分包括图像捕捉装置CCD和同步器；源光学系统；成像部分包括图像捕捉装置CCD和同步器；图像处理部分包括帧捕集器和分析显示软件。帧捕集器将粒子图像数字化，并将连续图像储存到计算机的内存中。分析显示软件分析视频或照相图像，实时显示采样的图像数据，在线显示速度矢量场。在测试时，激光器发出激光束，光学元件将光束变成片光源照亮所测流场。如是脉冲激光器，需设置脉冲间隔，脉冲延迟期和激光脉冲等，高速CCD相机捕捉2个激光脉冲照亮流场的两幅图像，并将 CCD相机捕捉2 图像转化为数字信号传入计算机。通过专用的软件采用一定的图像处理算法匹配图像粒子对，测出在一定时间间隔内示踪粒子在x,y方向上的位移，速度等于位移除以时间内示踪粒子在x,y方向上的位移，速度等于位移除以时间间隔，可得出移动速度大小和速度方向。

第二章气固两相流动的基本概念和特性参数

4. 数密度
单位体积混合物所含固体颗粒的数目称为固相的
数密度，即
n N V
(2-9)
两相混合物的密度
W /V g (1 )p (2-10)
这是按体积份额计算的。如按质量份额计算，则
有
1 1
g p
（2-11）
5．球形度
实际的颗粒大都是不规则的形状，并不是球形的。因此，把颗粒看作为球形进行理论分析一定会与实际情况不一致。一般需要将理论公式进行修正。
球形度表示颗粒接近球形的程度，它的表达式是非球形颗粒的实际表面 A p 与非球形颗粒同体积的圆球表面积 A s 之比，即
As / Ap
（2-12）
• 球形度与空隙率有关，球形度越小，在密
度填充时，由于表面形状极不规则，颗粒
可以互相交错，使空隙率减小。在松散填充时，颗粒间空隙增大，空隙率也增大。
2）间接测定的有效直径(沉降颗粒直径)：根据颗粒在气体或液体中的沉降速度求得颗粒的有效直径。它主要用于测定不能用筛网计测的极小微粒。首先测定出球体颗粒的沉降速度，再根据公式求出沉降速度相应的球体直径。
• 3．粒度分布
颗粒物料中通常包含有各种不同粒径的颗粒，对不同粒径的颗粒在物料中所占的百分数，可以用粒度分布表示。颗粒度分布曲线的作法如下：首先取出一部分代表性物料，将颗粒径按几微米大小的间隔进行分区，分别测定个颗粒粒径间隔间的颗粒重量或颗粒个数。然后以颗粒径为横坐标，以相同颗粒径间隔(10) 之间的颗粒重量(或颗粒数) 的百分数为纵坐标，画出矩形图。最后将所画出的各矩形上面的线段的中点连接，便可以得到颗粒度分布曲线。
平衡流与冻结流可以用斯托克斯相似准则数加以
区别，该相似准则是空气动力响应时间和流动的滞留时间的比值。

气力输送之气固两相流

用气力输送系统输送物料必须保持一定的压力，尽管使用300lb/in2(2MPa)高气源压力是不常见的，临界高背压输送相对来说是少的，如果有，需要管道分段。在分段基础上设计长距离气力输送系统。
1.4 输送气体速度
气力输送系统的风机、压缩机或负压风机除气源压力外引入容积流量参数，尽管输
送空气速度尤其是输送线入口速度或拾取速度决定气力输送设计参数。在单一管径下不管是正压或负压输送系统,管线始端的物料给料点总是风速最小。
2.2.2 案例分析
输送管线压力损失对粒子浓度影响超过了输送空气流量，用普通的硅酸盐水泥、含沙的矾土和聚乙烯颗粒三种完全不同的物对应的输送方式。
用同一轴上显示三种物料输送资料以便于直观比较它们的输送能力，这三种物料分别经图4.2所示管线进行输送研究。气速200ft/min(10m/s)表压100lb/in2(689.5KPa)，发送罐以上出料形式将物料送至管道，用来输送物料最大压力值是表压40lb/in2(275.8KPa)。
试验范围应包括物料输送模式，以往的可用经验很少时，按比例增加气源压力、管径、输送距离、用已有的资料预测管道参数。假如不能按比例增加输送模型，推断出长距离、高固体填充率和最低输送气速范围是多少，不要冒然用于实际，除非证明物料就是像这样产能输送的。
2.1 输送模式
高压常见于稀相输送，假如物料适合稀相输送模式。物料特性影响输送形式，同一输送条件下物料流量也存在差异，成功设计以前未曾尝试过的物料输送，试验是至关重要的。所以输送试验中必须有附加的高压空气，建立输送界限和一个非常宽输送范围条件。
稀相悬浮流阻力是输送管线压力损失主要贡献者，不管从给料点或直管段或弯头加速粒子，不同的物料表现不同,这差异在本章中将成为重点，作为主要参数将贯穿本手册。

第2章气固两相流理论分析

1 流态化理论1.1流态化现象流化床燃烧方式的气体动力学基础是固体燃料的流态化。

所谓固体燃料的流态化,是指固体颗粒在与流动着的流体混合后,能像流体那样自由流动的现象。

除重力作用外，一般是依靠气体或液体的流动来带动固体粒子运动的。

ParticlesflowGas flow1 流态化理论1.1 流态化现象•流态化用来描述固体颗粒与流体接触的某种运动形态。

•气体达到能将颗粒悬浮的速度，颗粒彼此之间分离，颗粒在任何方向上运动和转动。

•与高粘度液体性质相似。

1.1 流态化现象Particlesflow Gas flow1 流态化理论1.2流态化的描述及其性质⏹散式流化和聚式流化散式流化db /dp＜1db ——气泡直径 dp——颗粒直径对于L-S系统，流体与粒子的密度相差不大，故umf 一般很小，流速进一步提高时，床层膨胀均匀且波动很小，粒子在床内的分布也比较均匀，故称作散式流化态。

颗粒越细，流体与固体的△ρ值越小，则越接近理想流化，流化质量也就越好。

1.2流态化的描述及其性质聚式流化d b /dp＞10对于G-S系统，一般在气速超过Umf后，将会出现气泡，气速越高，气泡造成的扰动也越剧烈，使床层波动频繁，这种形态的流化床称聚式流化床。

处于流化状态的颗粒系统称为流化床当气体通过布风板自下而上地穿过固体颗粒随意填充状态的床层时，整体床层将依气体流速的不断增大而呈现完全不同的状态。

1.2流态化的描述及其性质1.2流态化的描述及其性质总结：固定床：固体粒子处于堆紧状态，颗粒静止不动的床层，叫做固定床。

床层的压降随流体流速的增加而增加。

移动床：流体和固体颗粒同时进入反应器，他们互相接触，一面进行反应，一面颗粒移动。

流化床：床层颗粒之间脱离接触，颗粒悬浮在流体中，往各个方向运动的床层叫做流化床。

床层高度和空隙率随流速增大而增大，但床层压降基本不随流速而变。

散式流化床：固体颗粒脱离接触，但颗粒分布均匀，颗粒间充满流体，无颗粒与流体的聚集状态，此时已具有一些流体性能。

第二章气固两相流动中的相间作用力

（2-33） 33）
对于气体固体颗粒两相流，上式中密度比的数量级为10**（数量级为10**（-3），可以忽略不计。
4. 气体流体的不均匀力（1）压强梯度力在有压强梯度的流动中，例如管内流动等，总有压强的合力作用在颗粒上。如果沿流动方向的压强梯度用表示 ∂p / ∂l ，则 πd ∂p 作用在球形颗粒上的压强梯度力为 F = − 6 ∂l 可见，该力的大小等于颗粒的体积与压强梯度的乘积，方向与压强梯度相反。浮力也是压强梯度力，ρg 便是重力场中静止流体沿铅垂方向的压强梯度。
（3）影响阻力系数的其他因素 1）湍流效应；2）稀薄效应；3）可压）湍流效应；2）稀薄效应；3 缩性效应；4）温度效应；5 缩性效应；4）温度效应；5）颗粒非球形修正
3. 颗粒加速度力颗粒加速度力是颗粒加速运动时流体作用于颗粒上的附加力。（1）附加质量力当直径 d p 的球形颗粒在理想不可压缩无边界静止流体中以等加速度作 a p 直线运动时，它必将带动周围的流体也加速运动。周围被带动的按加速度 a p 折算的流体质量称为附加质量，推动周围流体加速的力称为附加质量力。在颗粒推动周围流体加速运动的同时，流体将以同样大小的力作用在颗粒上，该力应当是作用在颗粒上分布不对称的压强的合力。 3 1 πd p ρgap 按压强分布计算的附加质量力为 Fm =
Stokes定律 Stokes定律流体速度很低，颗粒雷诺数Re很低，可忽略流体速度很低，颗粒雷诺数Re很低，可忽略 Navier-Stokes方程中的惯性项。得到流体作用于 Navier-Stokes方程中的惯性项。得到流体作用于球体上的力为
Fd = 2πµrp (u g − u p ) + 4πµrp (u g − u p ) = 6πµr p (u g − u p（2-27） ) 27）

气液两相流第2章-两相流的基本理论

2、半理论半经验方法（semi-Empirical） ①根据所研究具体过程的特点适当简化； ②再从基本方程中求得简化了的该两相流过程的函数形式； ③用实验方法定出方程中的经验系数。
2.2 气液两相流的处理方法
3、流体力学分析法（Fluid－dynamic Analysis）
①首先分析流型或流动的具体特征; ②根据具体流型或流动的具体特征建立相应的描述方程 ③求解。
在单组份流动中，热力学意义上的干度x定义为：
x hTP hL hG hL
假定处于热力学平衡状态，hL, hG分别为饱和液体、饱和气体的焓
2.1管内气液两相流的基本参数
4、质量流速（mass flux）m、mG、mL kg/m2·s
单位时间内流过单位管道截面积的两相流体的质量。总质量流速 m=W/A，气相的质量流速： mG=WG/A=m·x
其流动参数如速度、截面含气率等不仅沿其流向发生变化，而且在管道同一截面上也有变化，而且由于相间的相互作用，从本质上来讲，更多情况下是一个三维的流动问题（如水平或倾斜流动）。
三维流动对两相流进行分析是非常困难的：
要匹配截面上非轴向的两个坐标方向上的封闭方程：边界条件、传输关系等
2.4管内气液两相流的基本方程
假定条件：
⑴气液两相分别占有流通截面AG和AL。 A=AG+AL ⑵任一流道横截面上压力均匀分布。 ⑶两相具有不同的线速度，密度和速度为各自流动截面上的平均值。
2.3 气液两相流的基本模型
其主要适用于分层流和环状流的流动。在推导分相流动基本方程时，一般的做法是将两相分别按单相流体处理并计入相间的相互作用，然后按需要将各相的方程加以合并（具体控制方程推导在后面叙述）。
2.4管内气液两相流的基本方程

第2章气固两相流理论

1 流态化理论1.1流态化现象流化床燃烧方式的气体动力学基础是固体燃料的流态化。

所谓固体燃料的流态化,是指固体颗粒在与流动着的流体混合后,能像流体那样自由流动的现象。

除重力作用外，一般是依靠气体或液体的流动来带动固体粒子运动的。

ParticlesflowGas flow1 流态化理论1.1 流态化现象•流态化用来描述固体颗粒与流体接触的某种运动形态。

•气体达到能将颗粒悬浮的速度，颗粒彼此之间分离，颗粒在任何方向上运动和转动。

•与高粘度液体性质相似。

1.1流态化现象ParticlesflowGas flow1 流态化理论1.2流态化的描述及其性质⏹散式流化和聚式流化散式流化d b /dp＜1d b ——气泡直径dp——颗粒直径对于L-S系统，流体与粒子的密度相差不大，故umf 一般很小，流速进一步提高时，床层膨胀均匀且波动很小，粒子在床内的分布也比较均匀，故称作散式流化态。

颗粒越细，流体与固体的△ρ值越小，则越接近理想流化，流化质量也就越好。

1.2流态化的描述及其性质1.2流态化的描述及其性质总结：固定床：固体粒子处于堆紧状态，颗粒静止不动的床层，叫做固定床。

床层的压降随流体流速的增加而增加。

移动床：流体和固体颗粒同时进入反应器，他们互相接触，一面进行反应，一面颗粒移动。

流化床：床层颗粒之间脱离接触，颗粒悬浮在流体中，往各个方向运动的床层叫做流化床。

床层高度和空隙率随流速增大而增大，但床层压降基本不随流速而变。

散式流化床：固体颗粒脱离接触，但颗粒分布均匀，颗粒间充满流体，无颗粒与流体的聚集状态，此时已具有一些流体性能。

叶轮机械的气固两相流基础

叶轮机械的气固两相流基础叶轮机械是一种广泛应用于工业和民用领域的机械设备，它的工作过程中常常涉及到气固两相流的问题。

气固两相流指的是气体和固体颗粒同时存在于同一空间中运动的流动状态。

叶轮机械的气固两相流基础研究是指对其工作过程中气固两相流现象的物理特性、数学模型、实验方法等方面进行的系统研究。

在叶轮机械中，气固两相流的存在会引起多种不利影响，如：颗粒碰撞对叶轮和其它部件的磨损和损伤，颗粒的沉积和堵塞导致流量减小和系统失效等。

因此，对于叶轮机械中的气固两相流现象进行深入研究，有助于改进叶轮机械的设计和运行，提高其效率和可靠性。

在气固两相流的研究中，常用的数学模型包括欧拉模型、拉格朗日模型和欧拉-拉格朗日混合模型等。

其中，欧拉模型将气固两相流看做一个连续介质，通过守恒方程和状态方程来描述其运动规律；拉格朗日模型则将每个颗粒看做一个独立的粒子，通过牛顿力学等经典物理方程来描述其运动；欧拉-拉格朗日混合模型则综合了欧拉模型和拉格朗日模型的优点，能够更好地描述气固两相流的运动和相互作用。

除了数学模型，实验方法在叶轮机械气固两相流研究中也起着重要作用。

常见的实验方法包括粒子成像测量、压力传感器测量、热丝测量等。

这些方法可以直观地观测和记录气固两相流的物理现象，为数学模型的验证和修正提供了实验数据。

综上所述，叶轮机械的气固两相流基础研究是一个复杂而且具有
挑战性的领域，它对叶轮机械相关产业的发展和应用具有重要的意义。

第2章气固两相流理论分析

第2章气固两相流理论分析气固两相流是指同时存在气体和固体颗粒的流动现象。

在很多工程和科学领域中，气固两相流的研究具有重要意义。

本文将对气固两相流的理论分析进行讨论。

首先，我们需要了解气固两相流的基本特征。

在气固两相流中，气体相和固体相之间存在着相互作用力。

这些力可以分为两类：牵引力和阻力。

牵引力是气体对固体颗粒施加的力，使其发生运动。

阻力则是固体颗粒对气体施加的力，使其受到阻碍。

然后，我们可以利用流体力学的基本原理来进行气固两相流的分析。

首先，我们需要根据质量守恒定律来描述气体相和固体相的质量流动。

然后，我们可以利用动量守恒定律来描述气体相和固体相的力学行为。

最后，我们可以利用能量守恒定律来描述气体相和固体相的能量变化。

在进行具体的气固两相流理论分析时，我们需要考虑一些重要参数。

首先是气体相和固体相的体积分数，即气体相和固体相在混合物中的比例。

其次是气体相和固体相的速度分布，即气体相和固体相在流动中的速度分布情况。

另外，我们还需要考虑气体相和固体相之间的相互作用力和阻力，以及颗粒之间的碰撞情况。

在进行气固两相流的理论分析时，我们可以将其分为几个研究方向。

首先是气固两相流的基本理论研究，包括气固两相流的基本方程和重要参数的推导和解析解。

其次是气固两相流的数值模拟研究，包括使用数值方法对气固两相流进行模拟和预测。

最后是气固两相流的实验研究，包括设计实验装置和进行实验观测。

总之，气固两相流的理论分析是一个复杂且重要的研究领域。

通过对气固两相流的理论分析，我们可以深入了解气固两相流的特性和行为，并为相关工程和科学领域的应用提供理论支持。

通过不断深入研究，我们可以进一步完善气固两相流的理论模型和分析方法，以满足实际应用的需求。

气液两相流第2章-两相流的基本理论

14、漂移速率j（drift flux）m/s
定义：是指气相或液相穿过以平均流速Vm前进的横截面单位面积上的体积流量（m3/m2·s），即单位时间内穿过该横截面单位面积的各相的体积。
气相的漂移流率：液相的漂移流率：
jGD
(VG
Vm ) AG A
(VG
Vm ) VGd
jLD
(VL
Vm ) AL A
2.1管内气液两相流的基本参数
⑴真实密度（又称分相流密度）
定义：流动过程中，微元体内两相混合物质量与微元体容积之比，即：
m
Mm V
G ( A)l L (1 ) A l
A l
G
(1 )L
⑵流动密度：kg/m3
定义：流过某一截面的两相混合物质量流量W与体积流量之比
m
W Q
GQG LQL
Q
G
2.1管内气液两相流的基本参数
3、质量含气率x（mass fraction of the gas phase）
流过某一截面的气相质量流量占两相总质量流量的份额。
x WG WG W WG WL
WG x W WL (1 x) W
质量含液率为：
1 x WL WG WL
单组份气液两相流的质量含气率x也称为干度（Dryness、Quality）。
2.1管内气液两相流的基本参数
9、滑动比s:(slip ratio) 气相真实平均速度和液相真实平均速度之比。 s=VG/VL(反映两相间流速的不同)
10、滑移速度Vs：（slip velocity） m/s 两相间速度之差。（与两相间的动量交换密切相关） Vs=VG-VL=VGL=－VLG
11、两相流体的平均密度:kg/m3 有两种表示方法：真实密度 VS 流动密度

流化床气固两项流基础理论34页PPT

流化床气固两项流基础理论
36、如果我们国家的法律中只有某种神灵，而不是殚精竭虑将神灵揉进宪法，总体上来说，法律就会更好。—— 马克·吐温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之时。— —威·皮物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律是丝毫没有力量的。 ——菲力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们迅速累聚，进而变成法律。 ——朱尼厄斯
55、为中华之崛起而读书。 ——周恩来
40、人类法律，事物有规律，这天下之事常成于困约，而败于奢靡。——陆游 52、生命不等于是呼吸，生命是活动。——卢梭
53、伟大的事业，需要决心，能力，组织和责任感。 ——易卜生 54、唯书籍不朽。——乔特

第二章 气固两相流基础理论

锅炉气固两相流基础理论

气固两相流体力学

第二章 气固两相流动的研究方法

第二章 气固两相流动的基本概念和特性参数

气力输送之气固两相流

第2章 气固两相流理论分析

第二章 气固两相流动中的相间作用力

气液两相流 第2章-两相流的基本理论

第2章 气固两相流理论

叶轮机械的气固两相流基础

第2章气固两相流理论分析

气液两相流 第2章-两相流的基本理论

流化床气固两项流基础理论34页PPT

第二章气固两相流基础理论

第二章气固两相流动的研究方法

第二章气固两相流动的基本概念和特性参数

第2章气固两相流理论分析

第二章气固两相流动中的相间作用力

气液两相流第2章-两相流的基本理论

第2章气固两相流理论

气液两相流第2章-两相流的基本理论