气固两相流动
气固两相流介绍
参考书目
张少明编. 《气固两相流导论讲义》 岑可法，樊建人. 《工程气固多相流动 的理论及计算》. 杭州:浙江大学出版 社,1990 小川明著. 周世辉,刘隽人译. 《气体中颗 粒的分离》. 北京:化学工业出版社,1991 金涌，祝京旭等.《流态化工程原理》.北 京：清华大学出版社，2001.
气固两相流
Gas solid two-phase flow
气固两相流的定义
由气体和固体两种物相一起共同组成的 流动体称为气固两相流
《气固两相流》课程研究内容
气固两相流中颗粒的受力分析 作用在颗粒上的曳力特性 颗粒在流体中的运动 相似原理及其在气固两相流中的应用 管道中的颗粒运动及气力输送 气固流态化简介 气固两相流的计算机模拟
本课程的教学方法
课堂讲授：以介绍基本概念及基本原理 为主，对具体的研究结果仅举例说明； 课后自学：根据研究方向及兴趣爱好， 通过查阅相关研究成果（期刊文献、专 利等），归纳总结出与研究课题相向，按要求完成某 一方面相关内容的文献综述（以多 媒体方式介绍10～15分钟） 2、平时成绩 3、闭卷考试
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
第三章循环流化床锅炉气固两相流基础理论
第三章循环流化床锅炉气固两相流基础理论循环流化床锅炉中的气—固两相流流体动力特性是学习其燃烧特性和传热特性的基础。
为了叙述方便和更好地理解本章及以后章节的内容，首先简单介绍一下循环流化床锅炉涉及的部分概念和定义。
第三节流化床基本原理一、颗粒流态化的概念1．流态化现象当气体或液体以一定的速度向上流过固体颗粒层时，固体颗粒层呈现出类似于液体状态的现象，称为流化现象。
2．流态化的定义当气体或液体以一定的速度流过固体颗粒层，并且气体或液体对固体颗粒产生的作用力与固体颗粒所受的其他外力相平衡时，固体颗粒层呈现出类似于液体状态的现象或者当固体颗粒与气体或液体接触时固体颗粒转变成类似流体状态，这种状态称为流态化。
3．流化床的流体力学性质流化床流态化后，具有与流体一样的性能，主要表现在以下几方面。
（1）浮力定律。
密度小于流体密度的物体会浮在床层表面上。
（2）液面特性。
床表面保持水平，形状保持容器的形状。
（3）小孔射流。
在流化床侧面开孔，流化床固体物料像流体一样射流，离床层上表面越近，射流距离越小；越靠近流化床底部，射流距离越大，也可以从底部流出去。
（4）连通效应。
几个流化床底部联通后，床层高度自动保持同一水平高度。
气体流化床的拟流体性质见图3—4图3—4 气体流化床的拟流体性质气固流化床类似流体的性质还有：①在任一高度的静压近似于在此高度以上单位床截面内固体颗粒的重要；②密度高于床层表面密度的物体在床内会下沉，密度小于床层表面密度的物体会浮在床面上；③床内颗粒混合良好，因此，当加热床层时，整个床层的温度基本均匀。
一般的液—固流态化，颗粒均匀地分散于床层中，称之为“散式”流态化。
而一般的气—固流态化，气体并不均匀地流过颗粒床层，一部分气体形成汽包经床层短路逸出，颗粒则被分成群体做湍流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，因此这种流态化称为“聚式”流态化。
燃煤循环流化床锅炉靠空气或烟气流化颗粒状物料，属气—固流态化范畴，也即属于聚式流态化。
第二章 气固两相流动的流型
• 目前，流型辨识有：直接测量。这些算法 由于受各种因素的影响，造成流型判别不 准。如：功率谱密度函数分析法 、模糊神 经元网络辨识 等等
2.3.1 水平管道内的流型 当通过管道的气流速度由高速向低速变化时，会 出现以下几种流型。 1. 均匀流 当空管速度比经济气流速度高出许多，即气流速 度为高速紊流时，颗粒群在气流中飞翔跳跃、悬 浮输送，而且在管道的所有截面均匀分布。 2. 疏密流 随着空管速度的降低，但仍高于经济气流速度， 重力的影响显著起来，颗粒群在气流中呈上下疏 密不一的非均匀分布，大部分颗粒虽仍悬浮着输 送，但管底颗粒则是滚动跳跃向前推进。
流型是气力输运问题中的重要参数，它的 精确测量为气力输运的安全性和经济性提 供保障，特别是在阻塞时，这一特殊流型 是最易引发事故的。确定气固两相流的流 型对于其它流动参数的精确测量也是必要 的。
• 有许多关于流型研究的报告，文献探索了
压力波动信号与流型之间存在的某些关系， 但由于气固两相流流型的模糊性、不确定 性等流动过程中的复杂因素，使得流型的 在线测量到至今尚无比较有效的方法。
• 在电力工业中，大型电站锅炉燃烧系统中送粉管
道内煤粉－空气混合物是典型的气固多相流动， 其流速变化、浓度分布直接影响着锅炉各燃烧器 喷出射流的刚性，特别对于四角切圆燃烧锅炉就 会影响炉内空气动力工况，进而也决定了炉内燃 烧的稳定性和效率，因而非常有必要开发一种技 术对管内煤粉气流的流型进行有效的检测，以便 决定管内气固多相流动的状态，这样可以及时调 整锅炉燃烧系统风粉分配均匀性，防止管内发生 堵管现象，可以有效地提高发电机组的安全经济 性。
气固两相流动的流型
• 在工业生产过程中，将块状原料经过研磨而成粉粒体，采
用气力输送原料的粉粒体输送系统，可以大大提高输送效 率、减少污染、降低成本、提高质量。在冶金、化工、建 材、电力等部门已得到广泛应用。由于粉粒体具有与固体、 气体和液体不同的特性，受其湿度、粘附性的影响，加上 输送气体压力的波动、输送的煤粉流动状况不稳定，常会 出现管道“堵塞” 出现管道“堵塞”现象，造成输送系统瘫痪，从而影响正 常生产。通过研究流型辨识算法，对气固两相流流型进行 有效的预测和判别，对气力输送系统相关设备进行实时控 制，可以防止“堵塞” 制，可以防止“堵塞”现象的发生。
气固两相流在土木工程中的应用
气固两相流在土木工程中的应用气固两相流是指气体和固体颗粒在流动中相互作用的现象。
在土木工程中，气固两相流由于其独特的性质和广泛的应用领域，被广泛研究和应用。
首先，气固两相流在土木工程中的一个重要应用是气体输送。
例如，在工地上进行建筑或拆除时，会产生大量粉尘，而粉尘的悬浮和扩散对环境和工作人员的健康都会造成威胁。
因此，为了控制和减少粉尘的扩散，可以利用气固两相流的原理，在施工现场设置粉尘收集器或喷雾装置，通过气流将悬浮的粉尘吸附或冲洗下来。
气固两相流在这个过程中起到了分散、输送和集聚颗粒的作用，从而有效地控制了粉尘扩散的范围，保障了施工安全。
另一个应用是气固两相流在土木工程中的塌陷性土壤加固。
在一些土质疏松、塌陷性较强的地区，如沼泽地、软基地区，传统的地基加固方法常常效果不佳。
而利用气固两相流技术进行土壤加固则具有独特的优势。
该技术通常采用喷射或注浆的方式，通过高压气体将固体颗粒（如沙子、石粒等）和液体（如水泥浆）混合后喷射或注入到土中，形成一个稠密坚实的复合材料，从而增强土体的承载能力和抗剪强度。
气固两相流在土体中的扩散和沉积作用起到了增加土体密实度和强度的作用，有效地提高了土壤的工程性能。
此外，气固两相流还可以在土木工程中用于土地治理。
随着城市化进程的不断加速，土地资源日益紧张，而一些废弃地块或被污染的土地往往被闲置或废弃。
而利用气固两相流技术可以对这些土地进行治理和修复，使其恢复为可利用的土地。
通过在土地上喷洒或喷射适当的气固两相流混合物，可以有效地分散和去除土壤中的有害物质，并改善土地的水分、通气和肥力条件。
气固两相流的作用使得土壤得以重新恢复，并为后续的土地利用提供了可靠的基础。
总之，气固两相流在土木工程中有着广泛的应用。
无论是在环境治理、地基加固还是土地修复等方面，气固两相流的作用都是不可忽视的。
通过对气固两相流的深入研究和应用，有望为土木工程领域带来更多创新、高效和可持续的解决方案。
气固两相流中的悬浮状态
气固两相流中的悬浮状态气固两相流是指由气体和固体颗粒组成的流体系统。
在两相流中，颗粒可以以不同的方式在气体中悬浮，并展示出不同的悬浮状态。
本文将探讨气固两相流中的悬浮状态，包括悬浮颗粒的形态、相互作用以及其在工业应用中的重要性。
一、颗粒的形态在气固两相流中，颗粒的形态可以分为三种：完全悬浮、部分悬浮和沉降。
完全悬浮状态指的是颗粒在气体中均匀地分布，不发生沉降现象。
这种状态需要满足一定的流体速度和颗粒浓度条件，使颗粒能够被气体带动并保持悬浮状态。
完全悬浮状态通常出现在气固两相流速度较大的情况下。
部分悬浮状态则是指颗粒在气体中分布不均匀，有些颗粒仍然沉降。
这种状态常常出现在气固两相流速度较小或颗粒浓度较低的情况下。
部分悬浮状态下的颗粒可能会堆积在管壁或其他障碍物上，并且会对流体传输和传热效果产生影响。
沉降状态指的是颗粒完全沉降到管底或其他固定位置，并且不再保持悬浮状态。
这种状态通常出现在气体速度非常小或颗粒浓度非常高的情况下。
沉降状态下的颗粒会对管道内的流体流动产生阻碍，降低传输效率。
二、颗粒的相互作用在气固两相流中，颗粒之间和颗粒与气体之间存在着相互作用。
这些相互作用对于悬浮状态的维持和颗粒排布产生了重要影响。
颗粒之间的相互作用可以分为静电相互作用、重力相互作用和碰撞相互作用等。
静电相互作用是指颗粒之间由于电荷的存在而产生的吸引力或排斥力。
这种作用可以使颗粒在气体中形成不规则的聚集结构。
重力相互作用是指颗粒在气体中受到的重力作用，通常会使颗粒向下沉降。
然而，在气体流速足够大的情况下，气流可以弥补颗粒下沉的趋势，从而形成部分或完全悬浮状态。
碰撞相互作用是指颗粒之间或颗粒与管道壁之间的碰撞作用。
这种碰撞会导致颗粒的动能转化为热能，对流体传输和传热过程产生重要影响。
颗粒与气体之间的相互作用包括静压力、动压力和剪切力等。
静压力是由于颗粒对气体的阻力而产生的，动压力是由于气体流动产生的，剪切力则是由于气体与颗粒之间的相对运动而产生的。
分叉流道中气固两相流动的实验研究和数值模拟
分叉流道中气固两相流动的实验研究和数值模拟随着工业的发展以及对环境保护的日益重视,对工业粉尘分离装置的要求越来越高。
工业粉尘不但危害人类的健康,而且会破坏工业设备,危害设备的安全运行,造成设备零部件的频繁更换,给国家财力带来了巨大的损失。
考虑到惯性分离设备无运动部件、流动阻力小,本文建立了分叉管道结构形式的惯性分离装置,研究其内部气固两相流动规律。
分叉管道中气固两相流动,由于壁面带有曲率,流动速度大,完全依靠固体颗粒惯性形成气固分离,故流动较为复杂,导致流场实验测量和数值模拟的困难。
论文采用高速摄影,结合数字图像处理技术跟踪固体颗粒的运动轨迹,通过标定轨迹图像中颗粒位置,实现了图像法对颗粒运动速度的研究。
通过工况对比,发现较大颗粒对空气的跟随性不好,且其分离效果受到很多因素影响,包括颗粒进入管道的位置、速度大小和方向(速度角)、以及颗粒的球形度。
在所有的工况下,颗粒速度角较小时分离效果较好;同密度下的块状颗粒分离效果总体上较球形颗粒好;随着进口空气流速增加,颗粒分离的效果也更好。
这些都是由于颗粒在收缩管道内主流方向上惯性力分量的增大,使颗粒有足够的惯性力被甩入清除流道中。
在分析单个球形颗粒受力以及颗粒同壁面碰撞模型的基础上,运用数值计算软件对分叉管内部气固两相流场进行了计算。
采用k-ε紊流模型和固相的离散相模型研究分叉管道内的气固分离现象,分析了分叉管道内连续相流场随进口速度和清除流量系数的变化规律,得到随着清除流量系数的增大,压力损失系数出现急剧下降,而中心流道的压力损失降低的幅度较小。
这是因为随着清除流量系数的增大,虽然清除流道中流速的增加,但回流的区域出现减小,流动的阻力减小,损失减少。
这些都说明了清除流道和中心流道压力损失的主要因素不同:清除流道中回流是引起压力损失的主要原因,而中心流道的压力损失主要受流动速度的影响。
在颗粒的分离效率方面,研究了直径在100μm以上的光滑球形颗粒,分析了影响分离效率的因素。
化学反应气固两相流传质传热研究进展分析
化学反应气固两相流传质传热研究进展分析气固两相流是一种重要的多相流动状态，广泛应用于化工、冶金、环境保护等领域中。
在这种流动状态下，气体相与固体相之间发生着传质与传热的过程，研究气固两相流的传质传热行为对于实现高效、节能、环保的化工过程具有重要意义。
本文将就化学反应气固两相流传质传热研究进展进行分析。
在化学反应气固两相流传质传热的研究中，研究者们主要关注以下几个方面：传质传热机理、数值模拟与实验研究、传质传热特性、传质传热过程的优化与增强。
首先，传质传热机理是研究气固两相流行为的基础。
在气固两相流中，固体颗粒上的次级蒸发、亚细胞内传质、气体颗粒的边界层传质等过程是传质传热机理的关键。
研究者们通过理论分析、模型建立和实验验证等方法，深入探究了这些机理，并提出了相应的传质传热模型。
其次，数值模拟与实验研究是研究气固两相流传质传热的重要手段。
通过数值模拟可以对气固两相流的传质传热行为进行分析和预测，为优化和设计工艺提供理论依据。
与此同时，实验研究可以验证数值模拟结果的准确性，并获取实际工艺中的传质传热数据。
这两种方法相互辅助，为气固两相流传质传热研究提供了可靠的数据支持。
第三，传质传热特性是研究气固两相流的重要内容之一。
研究者们通过实验和模拟手段研究了在不同气体流速、固体颗粒尺寸和形状、气体成分等条件下的传质传热特性。
发现了某些气固体系的传质传热特性与物料性质、流动状态等密切相关的规律，并提出了相应的数学模型来描述这种关系。
最后，传质传热的优化与增强是研究气固两相流的重要目标之一。
通过改变气体流速、固体颗粒尺寸和形状、操作条件等因素，可以提高气固两相流传质传热效率，减少能量消耗和环境污染。
研究者们利用优化理论和方法，通过模拟和实验探索了传质传热过程的优化与增强方法，并取得了一定的成果。
综上所述，化学反应气固两相流传质传热研究在很大程度上推动了化工过程的高效、节能、环保。
对于气固两相流传质传热机理的研究相信会有更深入的理解和认识，数值模拟与实验研究将会更加精确和可靠，传质传热特性的探索将会更加全面和准确，传质传热的优化与增强将会更加高效和定量。
Fluent 多相流选择原则
Fluent 多相流选择原则分类1、气液或液液流动气泡流动：连续流体中存在离散的气泡或液泡液滴流动：连续相为气相，其它相为液滴栓塞（泡状）流动：在连续流体中存在尺寸较大的气泡分层自由流动：由明显的分界面隔开的非混合流体流动。
2、气固两相流动粒子负载流动：连续气体流动中有离散的固体粒子气力输运：流动模式依赖，如固体载荷、雷诺数和例子属性等。
最典型的模式有沙子的流动，泥浆流，填充床以及各相同性流流化床：有一个盛有粒子的竖直圆筒构成，气体从一个分散器进入筒内，从床底不断冲入的气体使得颗粒得以悬浮。
3、液固两相流动泥浆流：流体中的大量颗粒流动。
颗粒的stokes数通常小于1。
大于1是成为流化了的液固流动。
水力运输：在连续流体中密布着固体颗粒沉降运动：在有一定高度的盛有液体的容器内，初始时刻均匀散布着颗粒物质，随后，流体会出现分层。
4、三相流以上各种情况的组合多相流动系统的实例气泡流：抽吸、通风、空气泵、气穴、蒸发、浮选、洗刷。
液滴流：抽吸、喷雾、燃烧室、低温泵、干燥机、蒸发、气冷、洗刷。
栓塞流：管道或容器中有大尺度气泡的流动分层流：分离器中的晃动、核反应装置沸腾和冷凝负载流：旋风分离器、空气分类器、洗尘器、环境尘埃流动气力输运：水泥、谷粒和金属粉末的输运流化床：流化床反应器、循环流化床泥浆流：泥浆输运、矿物处理水力输运：矿物处理、生物医学、物理化学中的流体系统沉降流动：矿物处理。
多相流模型的选择原则1、基本原则1)对于体积分数小于10%的气泡、液滴和粒子负载流动，采用离散相模型。
2)对于离散相混合物或者单独的离散相体积率超出10%的气泡、液滴和粒子负载流动，采用混合模型或欧拉模型。
3)对于栓塞流、泡状流，采用VOF模型4)对于分层自由面流动，采用VOF模型5) 对于气动输运，均匀流动采用混合模型，粒子流采用欧拉模型。
6) 对于流化床，采用欧拉模型7)泥浆和水力输运，采用混合模型或欧拉模型。
8)沉降采用欧拉模型9)对于更一般的，同时包含多种多相流模式的情况，应根据最感兴趣的流动特种，选择合适的流动模型。
气固两相流在燃烧器中的应用
气固两相流在燃烧器中的应用1、气固两相流的基本理论不管何种型式的燃烧器，其内流动的本质都是气固两相流动。
因而，要改进燃烧器，必须对气固两相流动的规律有深入的理解。
2、气固两相流的基本特点单相气流中只有气体的存在，但是在锅炉内的气流中都存在一定浓度的固体颗粒，而且各处的固体颗粒浓度存在差异，这就使得炉内的燃料颗粒流动变的相当复杂。
一般来说，有以下主要的特点:(1)气体分子分布均匀，而燃料颗粒是分散的、且直径大小不同，为了简便起见，人们通常仅仅考虑一个平均尺寸。
(2)燃烧装置中颗粒浓度一般不大，所以颗粒相一般不能作为连续介质。
(3)颗粒相的惯性较大，气体和颗粒间存在着速度的滑移，因而各自运动规律相互会产生影响。
(4)颗粒之间及颗粒和壁面的碰撞和摩擦可以产生静电效应。
在不等温的热流中还存在着热泳现象。
(5)由于颗粒尺寸大小不一，形状也不同，使得每个颗粒都有不同的速度。
(6)在有压力梯度、速度梯度存在的流场中，颗粒经常处于加速或者减速的不稳定状态，颗粒间及与管壁间相互碰撞等都会引起颗粒的高速旋转，产生升力效应。
(7)颗粒的湍流扩散系数和气体不同，因而其横向扩散运动的特点也不一样。
小颗粒的扩散速率比大颗粒的扩散速率大。
3、气固两相流的分类工程中的两相流种类繁多，结构复杂，从空气动力学的特征出发，可以分为稀相两相流和浓相两相流。
这是以颗粒在气相中的含量多少来区分的，通常认为稀相两相流中颗粒的浓度不大，使得颗粒的存在对气相运动的影响不大，颗粒相的运动规律基本与相一致，只要把气相和固相运动的相互影响加以修正就可以了。
浓相两相流动就是颗粒相浓度增加到一定数值以后，对气相的流动形成了很大影响，这时候用气相流动方程就很难准确的加以描述。
一般来说，颗粒的浓度小于lkg/kg空气时，可以认为是稀相两相流，反之就是浓相两相流。
对于浓相气固两相流，气相决定着固相运动，固相对气相的影响也不可以忽略，这种情况称为双向祸合(Two-Way Coupling)。
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。
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）
气固两相流动力学特性的数值模拟与实验研究
气固两相流动力学特性的数值模拟与实验研究气固两相流动是指在一个系统中同时存在气体和固体颗粒的流动现象。
这种流动在许多工业过程中都很常见，如煤粉燃烧、颗粒输送和流化床等。
了解气固两相流动的力学特性对于优化工艺、提高效率至关重要。
为了研究这种流动现象，数值模拟和实验研究成为了两种主要的研究方法。
数值模拟是通过建立数学模型和计算方法，对气固两相流动进行仿真和预测。
数值模拟方法可以提供详细的流场信息，如速度、压力和浓度分布等。
通过调整模型参数和边界条件，可以模拟不同工况下的气固两相流动情况。
数值模拟方法还可以用于研究流动中的细观现象，如颗粒的碰撞和聚集等。
然而，数值模拟方法也存在一些局限性。
首先，模型的准确性和可靠性取决于模型的假设和参数选择。
其次，数值计算的复杂性限制了模拟的规模和时间尺度。
因此，数值模拟方法通常需要与实验研究相结合，以验证模型的准确性和可行性。
实验研究是通过设计和进行实际的物理实验来研究气固两相流动。
实验方法可以直接观测和测量流动中的各种参数和特性。
通过改变实验条件，如气体流速、颗粒浓度和粒径等，可以研究气固两相流动的变化规律。
实验研究还可以用于验证数值模拟结果的准确性和可靠性。
然而，实验研究也存在一些问题。
首先，实验设备的建造和操作成本较高，且受到实验环境的限制。
其次，实验过程中的测量误差和不确定性会影响研究结果的可靠性。
因此，实验研究通常需要与数值模拟相结合，以综合分析和解释研究结果。
在气固两相流动力学特性的研究中，数值模拟和实验研究相辅相成。
数值模拟方法可以提供详细的流场信息和细观现象，为实验研究提供参考和指导。
实验研究可以验证数值模拟结果的准确性和可靠性，为模型的改进和优化提供实验数据。
通过数值模拟和实验研究的相互验证和比较，可以更加全面地了解气固两相流动的力学特性。
在未来的研究中，需要进一步提高数值模拟和实验研究的精度和可靠性。
对于数值模拟方法，需要改进模型的准确性和可靠性，提高计算效率和稳定性。
循环流化床工作原理
循环流化床工作原理
循环流化床是一种特殊的反应器，它用于进行粒子间传质、传热和化学反应。
工作原理如下：
1. 气固两相流：循环流化床中床层内同时存在气体和固体颗粒两相流动。
气体由进气口进入循环流化床，经过床层内的颗粒床，然后通过气体出口排出系统。
固体颗粒会在循环流化床中循环流动，并参与传质和反应过程。
2. 流化状态：循环流化床内的固体颗粒受到气体的流化作用，使得床层呈现出类似于流体的行为，形成流化状态。
这种流体化的床层使得固体颗粒能够均匀悬浮于气体中，从而实现了颗粒之间的充分混合和接触。
3. 固体循环：固体颗粒在循环流化床中连续循环，通过固体循环器回收和重新注入系统。
一部分固体颗粒会随气体流出系统，然后经过固体分离器被收集和重新加入到循环流化床中。
这种固体循环的过程可以实现固体颗粒的再利用，提高了反应器的效率。
4. 传质和反应：循环流化床在床层内部形成了大量的颗粒间间隙，使得气体和固体之间的传质和传热更加容易。
当气体通过床层时，会与固体颗粒接触并进行质量传递，从而实现了化学反应的进行。
总的来说，循环流化床通过流化状态和固体循环的方式实现气固两相流动，并利用颗粒之间的混合和接触促进了传质和反应
过程。
这种反应器具有高效、均匀和可控的优点，被广泛应用于化学工艺、石油炼制和环保等领域。
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。
第四章湍流气固两相流动模型
Nu 2 0.6 Re0p.5 Pr0.33
Sh
2
0.6
Re0p.5
Sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0.33
（64）
2 气固两相流动的基本方程
将多相或两相流动系统视作一个多相混合物 颗粒与流体在宏观上占据相同的空间（但在微观上占据不
同的空间），互相渗透，且各相具有各自的尺寸、速度和 温度 对真实的多相流动系统，需要了解的是宏观流动特性
对于稀疏气固两相流动有
(1 p / p )
其中 为气体材料密度。
在煤粉火焰中有
p / 1/15 p /[ / (1 p / p )]
p p 1000 p
1p
1 p
即
p 0.01%
故煤粉火焰为稀疏气固两相流动
4) 颗粒阻力、传热传质及反应
颗粒阻力按照气固两相间相对运动的Reynolds数范围的不同具 有不同的规律：
Yk
k m
对于小滑移模型，多相液体混合物中第k相的连续方程是
k
t
xj
(kvkj ) 0
它与颗粒扩散方程等价：
（86）
k
t
xj
(k vmj )
xj
(Dk m
Yk ) xj
（87）
5 无滑移模型（单流体模型）
模型假设：
每一尺寸组的颗粒时均速度等于当地气体时均速度，即（动量 平衡，即无滑移）；
vk
j
)
x
j
(nk vkj )
（77）
流体动量方程
t
( vi )
xj
(
v
j
vi
)
xi
ji xj
gi
k (vki
vi ) / rk
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向心力（向内之阻力）
F阻
6Rvr
(
6
d
3
k
)
g 2R 2 k
vr
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6
依离心力 向心力
v2 r
g 2R 2 k
vr
又依斯托克斯区公式：
vt
1 18
(
k
f
)
gd
2
4k 18
gR 2
2R 2 k g 2g
g 2Rk
g vt
则有
第七章 气固两相流动
7.1 单个颗粒在流体中的运动
1. 单个球体颗粒绕流摩阻：
依 球体绕流的阻力损失（Re<1） ：
F阻
F 6Rv 3dv 斯托克斯方程
F浮
d 球直径
流体与颗粒的相对运动速度
依阻力定义式：F 2 A 2 d2
F重
2
24
代入有 : 2 d2 3d
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5
3. 旋风除尘
旋风除尘原理:
可分离最小颗粒沉降极限速度及可分离最小颗粒尺
寸.半径为R的球形颗粒在旋风器以半径r旋转
离心
力
：（
6
d
3
负）vr2
v2 离心加速度（圆周运动） r
气流径向速度很小,相当于流体静止,故尘粒运动的 阻力是由于摩擦作用而造成的向内的径向力：
d小，且vt (相对速度小） 故处于斯托克斯区(Re 1)
1
vt
3.1g(
s
k
k
)d
2
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4
☼上述公式运用条件： 1. 球形颗粒 （求非球颗粒阻损另有表可查） 2. 稳定运动（匀速运动，自由沉降，上升极限，无加速度） 3. 颗粒在静止流体或速度场均匀且无湍流之流体内运动 4. 单个颗粒在离固体表面相当远处运动。
v 0
A1
2rz
v v 0
Rc r
Rc 旋风器半径
v 0 旋风器周边上的切向速度分量, 近似等于气流引入
旋风器时的进口速度v（1 已知值）
vr : 稳定流动下，连续性条件 G vr A 2rzvr
则vr
G
2rz
又G v进 A0
d 1.5 0.088 2 2.76 103 m2 / s
Re
95.74
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12
7.2 通过固定床的流动
一、埃根方程：
1、介绍几个概念：
孔隙度： Vk ;
V
床层体积：V
V Vk Vs
孔隙体积 : VK; 颗粒体积 : VS；比表面积 : a
13
vk ds
H vA
Sb表 面积
H
Af孔隙 面积 vA
当量直径：
ds
4Vk Sb
4Vk
aV(1 )
对球形颗粒：
Vs
6
d3
Sb d 2
a
Sb Vs
d 2 d3
6 d
6
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代入有
ds
4
a(1
)
4 d 6(1 )
2 3
(1
)
d
又： AA f A f
v f 管内实际流速 A f 通道截面积
A 空腔流速
A 空腔面积
A
f
AfH AH
f
vk V
f
f
A
依管内压降公式：
P
H ds
f
2 f
2
a
Sb (颗粒表面积） V（s 颗粒体积）
实际流速： f ; 空腔流速： A A f
2、管束理论：
ds
4
截面积 周长
4Vk Sb
a 比表面积
a
Sb Vs
表面积 颗粒体积
Sb
aVs
a(V
Vk )
aV(1
Vk V
)
aV(1
)
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例题：
为了测定熔渣的粘度，使半径等于88mm的一个钢 球通过它下降。已知钢球的密度为熔渣的两倍，并 且试验测定的钢球下落的末速为1.5m/s，试计算熔 渣的运动粘度。（m2 /s)
解：已知： vt=1.5m/s R=88mm=0.088m
ρ钢=2ρ渣 ρs=2ρf
解：依力的平衡：
24
流体流过单个球体颗粒的绕流摩阻系数
24 24
d Re
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2
各区域：
Re 1 Re 0.2 800 500 Re 2 *105
24
Re
18.5 Re 0.6
0.44
斯托克斯定律区 过渡区 牛顿定律区
2. 颗粒沉降计算
固体颗粒在静止流体中的沉降（或浮升），决定
4 3
R3(s
k
)gBiblioteka k2
2 t
R2
8 3
Rg
2 t
8 9.80 0.088 3 1.52
1.022
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10
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11
由图为第二段过渡区：
18.5 Re0.6
以摩阻系数公式可导得：
Re
(18.5)
1 0.6
95.74
熔渣的运动粘度为
6
d3
vt2
2
4
d2
(s
k )gd
f vt2
2
3 2
ρs
ρk
vt
4 (s k )gd 3 k
vt 自由沉降速度
v 重力
当Re 1时
24
Re
vt
1 18
(
s
k
)
gd 2
Re 0.2 800
500 Re 2 105 0.44
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8
vr
G
2rz
v进 A1 2rz
又v 进 v 0
vr
v 0
A1
2rz
联立 vr , v t , v 式可得
vt
0.2A1R 0g
zRev 0
旋风器可分离的最小颗粒半径：
R
(
0.9A1R 0
1
)2
zR c k v 0
知旋风器的尺寸，介质，进口速度即可求得 R.
于流体净下降力（或上升）与流体对其阻力（拖力） 的平衡关系，当两力相等时，达到运动平衡状态， 即等速沉降（或上浮），此时，颗粒的运动速度称 自由沉降速度（匀速下降或上升）或上升极限速度。
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依力之平衡：
当∑F=0 重力-浮力=阻力
静止流体中 球体下落
阻力 浮力
sg
6
d3
k g
v2 r
g 2R 2
k
vr
vr vt
g
vt
vr v2
rg
如果假定在旋风器中心区（约为0.4D0 ）以外的 所有尘粒都能从气流中分离出来，则将r=0.2 D0 （r=0.4R0）代入上式即可求得最小尘粒所需的沉 降速度。
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则
vt
vr v2
0.4R0 g
又依经验及理论： vr