气固两相流体力学

合集下载

基于气固两相流体理论求解风粉浓度

ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ，ｔｈｅｍｅｔｈｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐａｎｄｓｏｌｉｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｇａｓ— ｓｏｌｉｄ
摘要：风粉浓度作为锅炉燃烧中重要参数之一，对其测量的准确程度直接影响到锅炉运行的安全性和经济性，目前的研究方法大多针对直吹式锅炉，通用性差。将基于气固两相流体理论基础，经过严谨地理论推导，从而得出混合后的等截面直管内
气固两相均匀流的压降与固相浓度的数学模型，最终间接求得了电厂风粉浓度参数。通过仿真进一步验证，压降与浓度间
ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｉｒｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＢａｏｄｉｎｇＨｅｂｅｉ０７１００３，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｐｕｌｖｅｉｒｚｅｄ—ｃｏａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ａｓｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｂｏｉｌｅｒｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，ｉｔｓｍｅａｓｕｒｅ —
ｒｅｃｔｂｌｏｗｉｎｇｔｙｐｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｄｉｉｃｆｕｌｔｔｏａｐｐｌｙｔｏｏｔｈｅｒｃｏｕｒｓｅｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｇａｓ—ｓｏｌｉｄｔｗｏ—ｐｈａｓｅｌｆｕｉｄ，ｂｙ

排粉风机内部气固两相流动特性研究

风机出口固相浓度的不均匀性，与实验测量结果一致。数值模拟表明，风机本身的离心力以及蜗壳内气流的夹带作用，导致固体颗粒向风机蜗壳的外侧面、侧面聚集，后该现象可以用于改善风机出口的颗粒分离。
关键词：
维普资讯
２２
ＦＬＤＡＣＨＩＵＩＭＮＥＲＹ
Ｖｏ．６，．１３Ｎｏ０２，０２０８
文章编号：１０－－２（０８０ —０２— Ｏ０５－３９２０）２０２５０
排粉风机内部气固两相流动特性研究
Ｌｉ．ｎＬｕ — ＺＡＧＨｉ，Ｉｉｇ，ＹＥＧａｇｘＩａｆｇ，ＶＪｎｆ，ＨＮａＬＵＱｎＵｕｎ．ｉＪｎｅｕ（．ｃｎｉｃａｄＴｃｎｃｌｅｖｅＣｎｅ，ＣｉａＥｅｔｃｙＣｕｃ，ｅｉｇ１０３，ｈｎ；１ＳｉｔｎｅｈｉｒｉｅｔｅｆｉａＳｃｒｈｎｌｃｉｏｎｉＢｉｎ００８Ｃｉａｉｒｔｌｊ
Ｏ，术是一项很有发展前景的方法。在再燃燃料的使燃料送入炉内还原Ｎｘ可实施燃料再燃。但
用上，天然气因其本身不含氮、灰和硫¨ ，因此不由于这部分气体已经过细粉分离器的分离，以，所
会加重Ｎｘ的排放，Ｏ也不会产生腐蚀性化合物，且能比其它燃料产生更多的烃根，被认为是最故
李建锋吕俊复张海刘，，，
（．国电力企业联合会科技服务中心，京１中北

旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析共3篇

旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析共3篇旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析1旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析旋风分离器是一种广泛应用于化工、环保、电力等领域的气固分离设备，其利用离心力将气固两相流中的颗粒物分离出来，一般被用作除尘和粉尘回收设备。

本文将介绍旋风分离器的气固两相流数值模拟及性能分析。

气固两相流是指气体与固体颗粒混合物流动的状态。

旋风分离器中的气固两相流在进入设备后，经过导流装置后便会进入旋风筒，此时气固两相流呈螺旋上升流动状态，颗粒物受到离心力的作用被抛向旋风筒壁，而气体则从旋风筒顶部中心脱离，从出口排放。

因此，旋风分离器气固两相流的流体物理特性显得尤为重要。

本文采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）方法对旋风分离器气固两相流进行数值模拟。

对于气体流动部分，采用了二维轴对称的控制方程式，包括连续性方程、动量方程和能量方程，而对于颗粒物流动部分，采用了颗粒物轨迹模型（Particle Tracking Model，PTM）。

在数值模拟过程中，采用了FLUENT软件进行求解，其中的数值算法采用双重电子数法（Electron Electrostatic Force Field，E3F2）。

数值模拟结果显示，在旋风分离器中，气体的流速主要集中在筒壁附近，而在离筒中心较远的地方，则流速较慢，颗粒物则以螺旋线的方式向旋风筒壁移动，并沿着筒壁向下运动。

颗粒物在旋风筒中受到离心力的作用后，其分布状态将随着离心力的变化而变化，最终沉积在筒壁处。

数值模拟结果还表明，旋风分离器的分离效率随着旋风筒直径的增加而增加。

为了验证数值模拟结果的可信度，实验室制作了一个小型旋风分离器进行了实验研究。

实验结果表明，数值模拟与实验结果相比较为一致，通过数值模拟可以较好地描述旋风分离器中气固两相流动的情况并用于性能预测。

综合来看，数值模拟是一种较为有效的旋风分离器气固两相流性能分析方法，可以较好地预测旋风分离器的分离效率和颗粒物的分布状态，为旋风分离器的设计和优化提供了有力支持综上所述，本文利用数值模拟方法和实验研究相结合的方式，对旋风分离器的气固两相流动性能进行了分析。

气固两相流体力学

W m g V g p p p
10.2.2 浮力由于固体颗粒处在气体中，也始终受着浮力的作用，根据阿基米德定理： F B gvp g
由于浮力与气相密度成正比，而重力与固相密度成正比，因此在研究气固流通常可以忽略浮力的作用。但在研究液固流时，浮力通常不能忽略。 10.2.3 气动力
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. 栓状流颗粒开始出现运动噎塞，形成料栓，运动变为不稳定状态。
k
1
气固颗粒两相流体力学
3. 平均粒径颗粒群中不同颗粒粒径的平均值称为平均粒径，利用不同方法可以得到不同含义的颗粒粒径。 D f (D )dD D 长度平均粒径 f (D )dD D f (D )dD ) D ( 表面积平均粒径 f (D )dD D f (D )dD ) 体积平均粒径 D ( f (D )dD D f (D )dD 面积-长度平均粒径 D D f (D )dD D f (D )dD 体积-面积平均粒径 D D f (D )dD 在研究颗粒传质、燃烧等特性时体积-面积平均粒径具有特殊含义，因为该平均粒径表示的颗粒群具有与原系统类似的质量和表面积特性，能反应原系统的基本特性。该粒径又被称为颗粒索尔特（Sauter）直径，也常用D32表示。
10.1 气固颗粒两相流的基本概念和特征参数
10.1.1 固体颗粒的粒径和粒径分布 1. 颗粒粒径颗粒粒径为球形颗粒的直径或非球形颗粒的某种含义下的当量直径，是判断颗粒粗细程度的指标。颗粒当量直径是指非球形颗粒的某种特性与某个球形颗粒相同时球形颗粒的直径。如颗粒沉降直径。 2. 粒径分布不同颗粒出现的频率。通过实验研究，给出了颗粒粒径分布的函数。它们只是一种近似，如R-R分布。 ( DD ) VD ( ) 1 e

面试常见气动知识

面试常见气动知识气动知识在许多工程领域中都是非常重要的一部分。

无论是机械工程、航空航天工程还是汽车工程，了解气动知识都是必备的技能。

在面试中，常常会涉及到与气动相关的问题。

本文将介绍一些面试中常见的气动知识问题及其答案。

1. 什么是气动力学？气动力学是研究气体在流动中的力学行为的科学。

它主要涉及气体的流体力学、热力学和动力学等方面。

气动力学的应用范围非常广泛，包括飞行器设计、空气动力学分析、空气污染控制等。

2. 什么是雷诺数？雷诺数是用来描述流体流动状态的无量纲参数。

它是由法国物理学家雷诺于1883年引入的。

雷诺数的定义公式为：Re = (ρ * v * L) / μ其中，Re代表雷诺数，ρ代表流体密度，v代表流体速度，L代表特征长度，μ代表流体的动力粘度。

雷诺数越大，流体的流动越紊乱；雷诺数越小，流体的流动越稳定。

3. 什么是气动力学中的升力和阻力？在气动力学中，升力和阻力是两个重要的力。

升力是垂直于流体流动方向的力，它使得物体向上运动。

阻力是平行于流体流动方向的力，它阻碍物体的运动。

升力和阻力之间的关系可以用升阻比来描述。

升阻比越大，表示单位面积上产生的升力比阻力更大，物体的飞行性能更好。

4. 什么是卡门涡？卡门涡是气动力学中一个重要的现象。

当流体流经绕柱体等物体时，会在物体后方形成一个旋转的涡旋。

这个涡旋就是卡门涡，也被称为卡门街。

卡门涡对物体的气动性能有着重要的影响。

在飞行器设计中，需要考虑如何减小卡门涡对飞行器的阻力和干扰。

5. 什么是卡门尾迹？卡门尾迹是指流体流经绕柱体等物体时，在物体后方形成的一系列涡旋。

这些涡旋会在一定距离后逐渐消散。

卡门尾迹对于物体的气动性能有一定的影响。

在某些情况下，卡门尾迹会对物体的阻力和干扰产生负面影响。

6. 什么是空气动力学？空气动力学是研究飞行器在空气中运动的力学学科。

它包括飞行器的气动力学设计、气动力学性能分析等。

空气动力学的研究对于飞行器的设计和改进非常重要。

燃料电池中多相流动的复杂流体力学特性研究

燃料电池中多相流动的复杂流体力学特性研究燃料电池是一种能够将化学能转化为电能的高效能源装置，其工作原理是通过氧化还原反应将氢气和氧气转化为水，并产生电能的过程。

在燃料电池中，多相流动是一个十分重要的研究领域，因为流体力学特性对于电池性能和寿命有着重要的影响。

燃料电池中的多相流动是指在电池中存在两种或多种不同相态的物质共存并参与反应的情况。

最常见的多相流包括气液两相流、气固两相流和气液固三相流。

在燃料电池中，氢气和氧气在电解质膜中进行反应，产生水和电子，因此气体、液体和固体之间的相互作用十分复杂，需要深入研究其流体力学特性。

燃料电池中多相流动的复杂性主要表现在以下几个方面：首先，不同相态物质之间的传质和反应过程会导致燃料电池内部压力、温度和浓度的分布不均匀，影响电池的整体性能。

其次，多相流动会引起电池内部的液态水积聚问题，进一步影响反应速率和导电性能。

此外，多相流动还会导致电池内部的流动阻力增大，影响电池的输出功率和能效。

为了克服燃料电池中多相流动的这些问题，研究人员采用了各种实验和数值模拟方法来深入探讨多相流动的流体力学特性。

通过实验手段，可以观察到不同条件下的气液两相流动现象，如液态水在气流道中的积聚和传质现象，以及氢气和氧气在电解质膜中的反应速率和产物生成情况。

而数值模拟方法则可以通过建立多相流动的数学模型，模拟不同条件下各相态物质的运动规律和相互作用过程，为燃料电池设计和优化提供有力的依据。

在燃料电池中多相流动的流体力学特性研究中，液态水的管理是一个重要的研究方向。

由于燃料电池反应中必然会产生水蒸气，如果不能及时排除，就会在电池中积聚成液态水，从而阻碍氢氧反应的进行。

为了解决液态水积聚问题，研究人员提出了各种各样的方法，如气流道设计优化、涂层改性、温度控制等。

通过这些方法，可以有效地减少液态水在电池中的积聚，提高电池的效率和寿命。

另外，气液两相流动的传质问题也是燃料电池中多相流动研究的一个重要方面。

气固两相湍流模型的分类

气固两相湍流模型的分类对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，在欧拉坐标系内加以描述，而把颗粒群作为离散体系，在拉氏坐标系内加以描述；而另一是除了把流体作为连续介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体，两相在空间共存和互相渗透，两相都在欧拉坐标系内加以描述。

不同观点描述两相流所得数学模型也不同，目前常用的模拟模型有：单流体模型（无滑移模型）、小滑移模型、双流体模型（多流体模型或滑移－扩散的多连续介质模型）、颗粒轨道模型。

单流体模型把单相流体力学概念直接推广到两相流中，把含有颗粒群流体看成一个单一的流体，提出了一种模拟气粒两相流动简化模型，即单流体模型或无滑移模型。

与单相流体流动方程相比，单流体模型仅增加了几个颗粒相连续方程（类似于气相组分扩散方程），并在气相方程中增加了颗粒源项，因此该模型相当简单。

该模型的主要优点是处理方法简单，计算方便。

其缺点是未考虑颗粒相及气相之间的阻力作用（即假设气体与颗粒之间无速度和温度滑移），以及认为颗粒扩散系数和气体扩散系数相等，与实际的气固两相流动情况差异很大，故目前应用的较少。

小滑移模型小滑移模型则是在单流体模型的基础上发展的，在此模型中，或者颗粒相对流体流动的影响被认为是小扰动，或者该影响被完全忽略。

模型中假设颗粒的运动单纯由流体流动引起，流体与颗粒的速度滑移相对于平均流动来说是小量，这一滑移是颗粒扩散的结果。

它考虑了颗粒的滑移并涉及了颗粒和气相间因滑移而引起的阻力，从而增加了颗粒群的动量方程，但求解典型程序仍与无滑移模型相同。

其优点是考虑了颗粒的湍流扩散、湍流粘性以及滑移引起的阻力，相对接近于实际情况。

双流体模型该模型的出发点是把颗粒群和气体都作为连续介质，两者相互渗透组成双流体或多流体系统，在欧拉坐标系下考察气粒两相流动，即欧拉—欧拉模拟湍流两相流动。

近年来双流体模型已用于模拟一维非定常水汽两相流、炮膛内非定常二维湍流气粒两相流、气粒两相射流、有蒸发的液雾气体射流、闭式同轴射流中气体液雾流动与燃烧、带有或不带高速射流的突扩燃烧室中二维及三维湍流回流气粒两相流动和燃烧、四角喷燃炉中三维湍流旋流回流气粒两相流动和流化床中二维气化过程等。

气固两相流压降探讨计算

气固两相流压降探讨计算气固两相流压降是指气体和固体颗粒一起流动时,在流动过程中固体颗粒对气体施加的阻力所造成的流体压力降低。

这种现象在化工、石油、冶金等领域中经常出现，研究气固两相流压降对于优化工艺参数、提高生产效率具有重要意义。

气固两相流压降的计算可以采用经验公式和数值模拟等方法。

其中经验公式是根据大量的实验数据总结出来的经验关系式，简单实用。

而数值模拟则是通过计算流体力学方程组来模拟流体流动的整个过程，能够提供较为精确的结果。

在气固两相流压降的计算中，两相之间存在着颗粒与气体的相互作用力。

主要包括静压力、浮力、颗粒间的互作用力、阻力等。

其中静压力是由于颗粒间距产生的压力差造成的；浮力是指颗粒在气体中受到的浮力，与颗粒的密度和气体的密度有关；颗粒间的互作用力是指颗粒之间的相互作用力，包括颗粒间的排斥力和吸引力；阻力是指颗粒在气体中受到的阻力。

在计算中，需要考虑颗粒与气体之间的速度变化、颗粒浓度分布、颗粒直径大小等因素。

同时，颗粒与气体之间的相互作用和流体流动特性也需要纳入考虑范围。

为了计算气固两相流压降，可以采用基本的力平衡原理。

即流体流动的总阻力等于颗粒与流体之间的阻力与颗粒的重力之和。

根据此原理，可以建立相应的数学模型进行计算。

在计算中，需要确定气体和固体颗粒的性质参数，如气体的密度、颗粒的密度、颗粒的直径等。

这些参数可以通过实验测定或者根据经验值来确定。

另外，计算气固两相流压降时，还需要考虑流体流动的速度、管道尺寸等参数。

这些参数可以通过实际工艺流程中的测量值或者根据设计要求来确定。

总的来说，气固两相流压降的计算是一个复杂的过程，需要考虑多个因素的综合影响。

通过合理的数学模型和适当的实验数据，可以准确计算出气固两相流压降，为相关工程的设计和优化提供依据。

两相流体力学研究综述

两相流体力学研究综述1. 引言两相流是以工程热物理学为基础,为满足能源、动力、化工、石油、航空、电子、医药等工业进步的要求,而与数学、力学、信息、生物、环境、材料、计算机等学科相互融合交叉而逐步形成和发展起来的一门新兴交叉学科。

两相流早日形成统一的学术理论和成熟的应用技术,对21世纪全球所面临的生态环境和能源资源两个焦点问题的解决将有很大的推动作用,是人类在21世纪可持续发展中面临的重大技术问题之一。

该工程领域的突破能促进全球能源与环境经济的进步。

在瓦特(Watt)发明蒸汽机以后,随着工业技术的发展,两相流的研究开始得到重视。

1877年Boussines系统研究了明渠水流中泥沙的沉降和输运问题,1910年,Mallock研究了声波在泡沫液体介质中传播时强度的衰减过程。

20世纪40年代前,一些有价值的气液两相流不稳定性以及锅炉水循环中气液两相流问题的经典论文,以及研究成果分散在各工业部门,很少系统研究成果。

两相流的术语在20世纪30年代首先出现于美国的一些研究生论文中;1943年,苏联首先将这一术语应用于正式出版的学术刊物上;其后1949年在J.Ap-pl.Phys杂志上也出现了两相流(two-phase flow)这一名词。

中国对于两相流的研究起步于20世纪60年代。

20世纪80年代以来,除相关论文以外,陆续出版了一些关于两相流的教材和专著,如陈之航(1983)、佟庆理(1982)、陈学俊、林宗虎、张远君等(1987)、方丁酉(1988)、周强泰(1990)、周力行、李海青(1991)、吕砚山(1992)、刘大猷(1993)、郭烈锦(2002)、林建忠(2003)等。

虽然有如此多的文献和著作,但两相流的研究历史还不是很长,对于两相流的理论研究尚处于发展阶段,大量的问题还是靠试验和经验来解决,严格地从数学角度建立数学模型来解决问题,是两相流成为系统的科学还需要一个过程。

2. 两相流分类相是具有相同成分和相同物理、化学性质的均匀物质部分,即相是物质的单一状态,如固态、液态和气态。

气固两相流模拟技术的研究及应用

气固两相流模拟技术的研究及应用气固两相流模拟技术，是指模拟气体和固体颗粒同时运动的过程。

其应用场景非常广泛，比如化工制造领域中的气力输送、固体颗粒混合、喷雾干燥等过程，以及环境科学领域中的大气污染、沙尘暴等问题。

因此，气固两相流模拟技术的研究和应用具有重要的实际意义。

目前，气固两相流模拟技术主要采用计算流体力学（CFD）方法或离散元法（DEM）实现。

CFD方法主要基于对流方程，通过数值方法对流体动力学方程进行求解，得出流体的流速、压力等物理参数，以及气体与颗粒之间的相互作用力等参数。

DEM方法则主要基于颗粒运动力学原理，把物质看作是由相互作用的颗粒组成的离散体系，通过求解颗粒的受力情况，来计算颗粒之间的相互作用力、碰撞等参数。

虽然两种方法各有优缺点，但在处理气固两相流时，通常采用CFD-DEM耦合方法。

该方法主要是将CFD和DEM方法的数值模型进行耦合，实现同时对气体和颗粒的运动进行模拟，从而更加准确地模拟气固两相流动态过程。

在气固两相流模拟技术中，最关键的是气体与颗粒之间的相互作用力。

气体与颗粒之间的相互作用力可以分为两类：杆状作用力和碰撞作用力。

杆状作用力主要是指气体因速度梯度而对颗粒施加的作用力；碰撞作用力则是指颗粒之间或颗粒与壁面之间发生的碰撞，由此产生的反作用力。

在气固两相流模拟技术的应用中，最常见的是喷雾干燥领域。

喷雾干燥是指在高速气流中喷入悬浮颗粒，通过颗粒与气体的相互作用，使颗粒与气体之间的热量、质量交换，从而实现悬浮物质的干燥过程。

针对喷雾干燥的气固两相流模拟技术，通常采用CFD-DEM二元模型，考虑气固两相流的微观动力学过程，并通过模拟颗粒与气体之间的传热、传质等物理过程，来研究喷雾干燥的机理和优化干燥过程。

研究表明，采用气固两相流模拟技术可以更好地解释和深入研究喷雾干燥过程中颗粒的运动、热量传递和干燥效果等重要问题。

除了喷雾干燥领域之外，气固两相流模拟技术在环境科学领域，特别是大气环境领域也有重要的应用。

基于CFD-DEM算法的气力输送气固两相流特性分析

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 3 期基于CFD-DEM 算法的气力输送气固两相流特性分析禹言芳1，石博文1，孟辉波2，丁鹏程1，姚云娟1（1 沈阳化工大学机械与动力工程学院，辽宁沈阳 110142；2 中国石油大学（华东）新能源学院，山东青岛 266580）摘要：超轻粉体颗粒由于质量较小，在运输过程中易受气流扰动而飘散，物料的管道气力输送过程不稳定，易发生堵塞。

为了研究超轻粉体颗粒在旋流气力输送中气固两相流流动特性，采用计算流体力学与离散单元法（CFD-DEM ），对Komax 型静态混合器内气固两相流动特性进行数值模拟研究。

研究发现，带有Komax 型元件的水平管道可以改变颗粒的流动情况，改善了水平管道内颗粒堆积和分布不均匀的现象；分别从颗粒相和流体相的流动状态分析得到元件长径比A r =3时为最优几何结构；通过正交实验极差分析得到影响气固两相流动特性的因素顺序: 输送气速>颗粒质量流量>颗粒粒径。

当元件A r =3时，颗粒-颗粒和颗粒-管壁的碰撞次数与碰撞强度呈现负相关，结合出口颗粒流分散状态，优选输送气速为3~4m/s ；主要考虑输送气速对管内压降的影响，提出了带有Komax 型元件的水平管道气力运输过程中压降与输送气速和轴向位置的经验拟合式。

关键词：静态混合器；多相流；稀相旋流气力输送；颗粒流；CFD-DEM 耦合法；流动特性中图分类号：TQ051.2 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）03-1133-12Characteristics analysis of gas solid two-phase flow in pneumaticconveying based on CFD-DEM algorithmYU Yanfang 1，SHI Bowen 1，MENG Huibo 2，DING Pengcheng 1，YAO Yunjuan 1(1 School of Mechanical and Power Engineering, Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang 110142, Liaoning,China; 2 College of New Energy, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, Shandong, China)Abstract: Because of its light weight, ultra-light powder particles are easily disturbed by airflow in the process of transportation, and the pipeline pneumatic conveying process of material is unstable and prone to blockage. To study the gas-solid two-phase flow characteristics of ultra-light powder particles in cyclone pneumatic conveying, computational fluid dynamics and discrete element method (CFD-DEM) were used to simulate the gas-solid two-phase flow characteristics in Komax static mixer. It was found that the horizontal pipe with Komax elements can change the particles flow state, and improve the accumulation and uneven distribution of particles. From the analysis of the flow state of particle phase and fluid phase, it was concluded that the element aspect ratio A r =3 was the preferred geometry structure. Through the range analysis of orthogonal experiments, the order of factors affecting gas-solid two-phase flow characteristics was obtained as follows: conveying gas velocity > particle mass flow rate > particle size. When the element aspect ratio A r was 3, the collision frequency and strength of particle-particle and研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0353收稿日期：2023-03-08；修改稿日期：2023-05-17。

气固两相流动与数值模拟

气固两相流动与数值模拟气固两相流动是指气体和固体颗粒同时存在并相互作用的流动形式。

在很多工程和科学领域中都有气固两相流动的研究和应用，比如颗粒物输运、床层反应器、气固分离器等。

数值模拟是研究气固两相流动的重要手段之一，它可以通过计算机模拟来预测和优化工程系统中气固两相流动的性能。

在气固两相流动数值模拟中，常用的方法包括欧拉-拉格朗日法和欧拉-欧拉法。

欧拉-拉格朗日法中，气相按照流体力学的方程进行模拟，固相颗粒则通过离散粒子轨迹模拟，两相之间通过相互作用力进行耦合。

欧拉-欧拉法中，气相和固相都按照流体力学的方程进行模拟，通过相互边界条件进行耦合。

这两种方法各有优缺点，选择合适的方法需要根据具体流动情况和研究目的来决定。

数值模拟气固两相流动的关键是建立准确的数学模型和有效的数值方法。

在模型方面，需要考虑气相流动的速度场和压力场，固相颗粒的运动和相互作用力，以及两相之间的耦合关系。

这些模型可以基于流体力学的基本方程，如质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程，通过适当的假设和边界条件进行推导。

在数值方法方面，常见的有有限体积法、有限元法、拉格朗日法等。

数值方法的选择取决于流动问题的复杂性和计算资源的可用性。

除了数学模型和数值方法，还需要关注数值模拟的边界条件和初始条件的设定。

边界条件是模拟区域中气固两相流动与外界的相互影响。

常见的边界条件有入口条件、出口条件和壁面条件，可以通过实验数据或经验公式来确定。

初始条件是模拟开始时的物理状态，通常需要提供气相和固相的初始速度和初始浓度分布。

在数值模拟气固两相流动时，还需要考虑模型验证和结果分析的问题。

模型验证是通过与实验数据进行对比，验证数值模拟的准确性和可靠性。

结果分析包括对模拟结果进行可视化和定量分析，以获得对气固两相流动机理的深入理解，并为工程应用提供参考依据。

综上所述，气固两相流动与数值模拟是一个复杂的研究领域，需要结合数学模型、数值方法和实验数据进行研究。

气固两相流动的数值模拟与建模

气固两相流动的数值模拟与建模气固两相流动是指在管道或设备中，同时存在气体和固体颗粒的流动现象。

这种流动在许多行业中都很常见，例如化工、能源、环境保护等领域。

通过数值模拟与建模，可以更好地理解和预测气固两相流动的特性，提高流动过程的效率和安全性。

在进行气固两相流动的数值模拟时，首先需要进行流体性质的建模。

气固两相流动中，气体和固体颗粒的物理性质和运动行为是不同的，因此需要对两相流动中的气相和固相进行单独建模。

对于气相，常用的模型有Navier-Stokes 方程和连续介质假设，通过这些模型可以描述气体在流动中的速度、压力和密度等特性。

对于固相颗粒，通常采用离散相模型，这个模型假设颗粒之间互相不作用，并体现出颗粒的运动和排列状态。

通过对气相和固相的建模，可以建立气固两相流动的数值模型。

数值模拟中最常用的方法之一是计算流体力学（CFD）方法。

CFD是通过离散化的数学方程和计算方法，对流场进行求解的一种方法。

在气固两相流动的数值模拟中，CFD方法可以用来解决气体和颗粒的速度、压力、浓度和能量等方程。

通过CFD方法，可以得到气固两相流动的速度和压力分布、颗粒浓度分布等参数，从而有效地描述了流动的特性。

除了CFD方法外，还可以采用粒子流体动力学（SPH）方法进行气固两相流动的数值模拟。

SPH方法是一种基于颗粒的数值计算方法，通过模拟颗粒的运动和相互作用，得到流场的分布和特性。

在气固两相流动中，SPH方法可以考虑颗粒之间的碰撞、沉积和湍流扩散等现象，从而更加准确地描述气固两相流动的特性。

数值模拟与建模的目的是为了更好地理解和预测气固两相流动的行为，以便优化流动过程的设计和操作。

通过数值模拟，可以得到气固两相流动中关键参数的分布规律，进而优化设备的结构和工艺参数。

例如，在化工领域中，通过数值模拟可以优化固体颗粒的输送设备，减小颗粒的堵塞和磨损程度，提高流动过程的效率和稳定性。

在能源领域中，数值模拟能够预测煤粉燃烧过程中的颗粒分布和燃烧效率，从而优化燃烧设备的设计和操作。

气固两相流体力学模型在燃煤发电中的应用

气固两相流体力学模型在燃煤发电中的应用引言燃煤发电是目前世界各国主要的电力供应方式之一。

然而，燃煤发电过程中产生的煤烟气排放对环境和人体健康带来了巨大的挑战。

为了更好地理解燃煤发电过程中的气固两相流体行为，研究人员对气固两相流体力学模型进行了广泛的应用。

本文将介绍气固两相流体力学模型在燃煤发电中的应用及其意义。

气固两相流体力学模型的基本原理气固两相流体力学模型是研究气固两相流体行为的基本工具之一。

它基于流体动力学方程和颗粒运动方程，描述了气相和固相在空间和时间上的运动规律。

常用的气固两相流体力学模型包括欧拉-拉格朗日方法、欧拉-欧拉方法和多尺度方法等。

欧拉-拉格朗日方法将气相和固相视为两个不同的相，分别采用欧拉方法和拉格朗日方法描述其运动。

其中，欧拉方法假设气相和固相是均匀连续的流体，通过质量守恒、动量守恒和能量守恒方程描述其运动；拉格朗日方法则将固相中的颗粒视为相互独立的个体，通过颗粒的运动方程描述其运动。

欧拉-欧拉方法将气相和固相都视为均匀连续的流体，通过质量守恒、动量守恒和能量守恒方程描述其运动。

多尺度方法则将气相和固相的微观和宏观尺度结合起来，通过不同的尺度转换关系建立它们之间的联系。

燃煤发电中的气固两相流体力学模型应用煤燃烧过程中的气固两相流体行为研究煤燃烧是燃煤发电中最主要的过程之一，其燃烧特性对发电效率和煤炭利用率有着重要影响。

通过气固两相流体力学模型，研究人员可以深入分析煤燃烧过程中气相中的燃烧反应、物质传输和能量转化等过程，以及固相中的煤炭颗粒的燃烧和热解过程。

粉煤灰颗粒在燃煤发电中的传输和分离研究在燃煤发电过程中，粉煤灰是煤燃烧产生的主要固体产物之一。

通过气固两相流体力学模型，研究人员可以模拟粉煤灰颗粒在烟气中的传输和分离过程。

这对于合理设计燃煤发电厂的除尘设备以及减少粉煤灰排放具有重要意义。

气固两相流体行为对燃烧控制和污染物排放的影响研究气固两相流体力学模型还可以用于研究气相和固相之间的相互作用对燃烧过程和污染物排放的影响。

fluent仿真欧拉模型中,对于气固两相流材料的设置原则

fluent仿真欧拉模型中,对于气固两相流材料的设置原则【主题】fluent仿真欧拉模型中，对于气固两相流材料的设置原则【正文】1. 欧拉模型介绍在流体力学领域，欧拉模型是描述流体运动的基本模型之一。

它通过对流体的质量、动量和能量进行数学描述，来研究流动的规律。

在fluent仿真中，欧拉模型被广泛应用于多相流模拟，特别是气固两相流体的仿真。

2. 气固两相流材料的设置原则气固两相流是指气体和固体颗粒同时存在并相互作用的流动现象。

在fluent仿真中，对于气固两相流体的设置，需遵循以下原则：2.1 明确流场特性在设置气固两相流模拟时，首先要明确流场的特性，包括颗粒的密度、直径、速度和分布等。

这些参数的准确描述对于模拟结果的准确性至关重要。

2.2 考虑颗粒间相互作用在气固两相流体中，气体和颗粒之间存在着复杂的相互作用。

在fluent仿真中，需要考虑颗粒间的碰撞、沉降、回流等过程，以准确模拟流体的运动和颗粒的分布。

2.3 优化边界条件在设置气固两相流仿真时，边界条件的设定对于模拟结果的精度和稳定性有着重要影响。

需要合理设置出口压力、入口速度、颗粒注入速率等参数，以保证仿真结果的准确性。

2.4 考虑物质性质气固两相流体的模拟中，物质的性质也是至关重要的。

需要考虑气体和颗粒的密度、粘度、表面张力等物性参数，并合理设置在fluent仿真中。

3. 个人观点和理解在进行fluent仿真中，对于气固两相流体的设置原则，我认为需综合考虑流场特性、颗粒间相互作用、边界条件和物质性质等因素，以达到准确、可靠的模拟结果。

不断优化模型和参数设置，提高模拟的精度和稳定性。

4. 总结和回顾fluent仿真欧拉模型中，对于气固两相流体的设置原则，需要全面考虑流场特性、颗粒间相互作用、边界条件和物质性质等因素。

只有在这些方面做到全面、准确的设置，才能得到高质量的仿真结果。

【知识文章格式撰写】本文介绍了fluent仿真欧拉模型中，对于气固两相流体的设置原则，涉及了明确流场特性、考虑颗粒间相互作用、优化边界条件、考虑物质性质等内容。

燃烧器内气固两相流动的分区并行计算

学位论文作者签名：符栋良
指导教师签名：黄荣国
日期：2006 年 2 月 20 日
日期：2006 年 2 月 20 日
上海交通大学硕士学位论文
1 绪论
1.1 本文的工程背景
自从 200 年前电能被应用以来，今天电能的应用及生产都发生了翻天覆地的变化，而电能的耗费已经成为一个国家技术和经济发展水平高低的重要标志之一。因此，电力工业能否高速发展，对整个国民经济的发展有着直接的影响。有目共睹的是，我国的电力工业发展速度相当惊人。1949 年全国装机容量仅 185 万 kw，1979 年全国发电设备的容量已经达到 5712 万 kw，而到了 2000 年，全国发电设备的容量竟高达 31900 万 kw。权威人士预计，到 2010 年全国发电设备的容量将高达 49000 万 kw。在这些发电设备中，火力发电机组约占 73%。火力发电虽然成本较高，但是基础建设投资少，一般不受地区限制，建设时间较短，能够很快满足发展的需要。但是随着一次能源的日益短缺，以及对环保的不断重视，现今对火电厂的节能和环保提出了越来越高的要求。因而，提高燃烧的效率、降低 SO2 的污染、设计出新的炉型、新型高效的燃烧器是目前能源行业关键的问题。煤粉燃烧器是煤粉锅炉燃烧系统中的关键设备，煤粉燃烧所需要的空气通过燃烧器进入炉膛，煤粉气流的着火过程、炉膛中的空气动力和燃烧工况，主要是通过燃烧器的机构及其在炉膛上的布置来组织的。燃烧器的性能对煤粉燃烧设备运行的可靠性和经济性起着主要作用[1]。因此只有对燃烧器内的流体力学问题有了深入的理解，才能够提出合理的计算方法和设计方案，制定出安全合理的运行方式。我们知道工程上有许多装置都很庞大，有的还处于高温、高压甚至有害的环境下工作，使得实际的实验很困难，甚至是不太现实的。于是我们就用数值模拟，即用数学的方法模拟实际问题。而随着计算机存储容量的不断增加，计算速度的不断提高，计算方法的不断完善，数值模拟得到了迅速的发展。然而对大规模问题进行数值模拟往往还需要消耗大量的计算机资源，所以有必要用多机来进行并行求解以提高计算效率。本文就是对电站锅炉燃烧器一次风喷咀及弯头组件内的冷态气固两相流动问题进行并行的数值求解。

化学工程中的流体力学研究进展

化学工程中的流体力学研究进展在化学工程领域，流体力学的研究一直占据着至关重要的地位。

流体力学的原理和方法广泛应用于化工过程中的物料输送、混合、分离、传热和反应等多个环节，对优化化工生产流程、提高生产效率、降低能耗和保障生产安全具有重要意义。

近年来，随着科学技术的不断发展和跨学科研究的深入，化学工程中的流体力学研究取得了显著的进展。

一、多相流研究的新突破多相流是化学工程中常见的流动现象，如气液两相流、液液两相流和气固两相流等。

在过去，对多相流的研究主要集中在宏观流动特性的描述和经验关联式的建立。

然而，随着计算流体力学（CFD）技术和先进实验测量手段的发展，对多相流的微观机制和复杂界面行为的研究取得了新的突破。

例如，通过高速摄像和粒子图像测速（PIV）技术，可以实时观测到气泡和液滴的生成、聚并和破碎过程，揭示了多相流中相间传质和传热的微观机制。

同时，基于格子玻尔兹曼方法（LBM）和相场模型等数值方法，能够对多相流中的复杂界面变形和流动进行高精度模拟，为多相流反应器的设计和优化提供了有力的工具。

此外，多相流在微尺度和纳米尺度下的研究也逐渐受到关注。

微流控技术的发展使得对微尺度多相流的操控和应用成为可能，如微乳液的制备、微化学反应器的设计等。

在纳米尺度下，多相流的界面效应和量子效应变得显著，对其研究有助于开发新型纳米材料和纳米流体。

二、复杂流体的流动特性与应用复杂流体是指具有非牛顿流体特性的物质，如聚合物溶液、悬浮液、液晶等。

这些流体的流动行为与牛顿流体有很大的不同，其粘度、弹性和屈服应力等特性随剪切速率和时间的变化而变化。

在化学工程中，复杂流体的应用越来越广泛。

例如，聚合物溶液在塑料加工、纤维纺丝和涂料涂装等过程中起着关键作用。

对聚合物溶液流动特性的研究有助于优化加工工艺，提高产品质量。

近年来，对复杂流体在非稳态流动和受限空间中的流动行为研究取得了重要进展。

通过流变学实验和数值模拟，揭示了复杂流体在启动、停止和周期性剪切等非稳态条件下的结构演化和应力响应。

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。

气固过程工程学-概述说明以及解释

气固过程工程学-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分：气固过程工程学是研究气体与固体之间相互作用的科学领域，它涉及到气体流动、颗粒运动、反应过程等多个方面。

在工业生产中，气固过程工程学广泛应用于粉体冶金、煤炭化学、电力工程、环境工程等领域。

本文将对气固过程工程学的基本概念、研究内容以及在工程实践中的应用进行介绍和探讨。

气固过程工程学主要研究气体和固体之间的相互作用。

气体在与固体接触的过程中，会发生各种复杂的物理和化学变化，包括气体的流动、质量传递、热传递、化学反应等。

固体颗粒在气体流动中的运动行为也是气固过程工程学的研究对象之一。

了解气体与固体之间的相互作用机制，对于优化工业生产过程、提高能源利用效率、减少环境污染等方面有着重要的意义。

在本文的正文部分，将详细介绍气固过程工程学的三个要点。

第一个要点将探讨气体流动的基本原理和流动特性，包括气体在管道中的流速、压力损失、气流的稳定性等方面的内容。

第二个要点将介绍固体颗粒的运动行为，包括颗粒的受力分析、颗粒的运动模式、颗粒的混合和分离等。

第三个要点将探讨气体与固体之间的化学反应，包括反应动力学、反应器设计、反应过程中的质量传递等方面的内容。

结论部分将对本文所介绍的气固过程工程学的内容进行总结，指出该领域的研究意义和应用前景，并展望未来可能的研究方向。

文章最后将以一个简洁的结束语作为收尾，强调气固过程工程学对于推动工业技术发展和环境保护的重要作用。

通过本文的阐述，读者将对气固过程工程学有一个全面的了解，并对相关领域的研究和实践提供一定的指导和启发。

1.2 文章结构文章结构是指文章组织和表达的框架和体系。

一个清晰和合理的文章结构可以帮助读者更好地理解和接受文章的内容。

本文按照以下结构进行组织和表达：1. 引言：介绍气固过程工程学的背景和重要性，引出文章的主题和目的。

2. 正文：2.1 第一个要点：详细介绍气固过程工程学的基本概念、原理和研究内容。

船舶推进器的流体动力学特性研究

船舶推进器的流体动力学特性研究船舶推进器是航海过程中不可或缺的组成部分，其流体动力学特性研究对于提高船舶性能至关重要。

本文将探讨船舶推进器的流体动力学特性及其研究方式，并分析其对船舶性能的影响。

1. 流体动力学基础流体动力学是研究流体运动和力学性质的学科。

船舶推进器的流体动力学特性研究主要涉及流体力学、湍流运动、气固两相流等领域。

流体力学研究了流体的运动规律和相关衡量指标，如流速、流压等；湍流运动研究了流体中复杂的涡旋和湍流能量传递；气固两相流研究了流体与固体颗粒的运动关系。

2. 推进器的类型与结构船舶推进器按照推进方式可以分为螺旋桨、喷水推进器、风帆等。

其中，螺旋桨是最常见的推进器，它由螺旋桨叶片和转轴构成，通过叶片受到流体冲击产生推进力。

喷水推进器通过高速喷水产生反作用力推动船只前进，具有较高的敏捷性和加速性能。

风帆则利用风力推进船只，可降低能源消耗。

3. 推进器的水动力性能研究推进器的水动力性能研究是对其水动力学特性的定性和定量分析。

该研究通过实验、数值模拟和理论分析等方式进行。

实验方法包括模型试验和全尺寸试验，通过测量推进器叶片周围的流速和压力来计算推进效率和推进力。

数值模拟则运用计算流体力学（CFD）方法，通过建立数值模型进行流场仿真和力学分析。

理论分析方法则从数学方程和物理原理出发，推导推进器的水动力学性质。

4. 推进器与船舶性能的关系推进器的流体动力学特性直接影响船舶的性能，包括速度、操纵性、燃油消耗等方面。

推进器的选型和设计应根据船舶的航行条件和任务进行优化。

例如，在高速航行条件下，喷水推进器的敏捷性优势体现出来，而节能环保型推进器则适用于长途船舶。

推进器的水动力性能研究可为推进器的优化设计和船舶性能提升提供科学依据。

5. 推进器研究的进展和挑战与船舶和推进器技术的不断发展相比，对推进器的流体动力学特性研究还有待进一步完善。

目前，推进器研究主要集中在螺旋桨和喷水推进器的水动力性能和噪声特性研究上。