開(kāi)題報(bào)告-劉賢杰

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1、課題：氣固兩相流實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)一、課題來(lái)源、目的、意義，國(guó)內(nèi)外基本研究概況氣固兩相流在多相流體系中普遍存在，例如，口然界的大漠揚(yáng)沙,化工、冶金、能源和糧食等領(lǐng)域的燃料配送,各種流化床，散裝物料的氣力輸送和粉塵處理等。氣■固流化床在工業(yè)上的應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛。同時(shí)，隨著各種實(shí)際應(yīng)用上的需耍，它本身的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)地發(fā)生著變化。就氣-固流化床內(nèi)部結(jié)構(gòu)而言，為進(jìn)行一系列傳熱、傳質(zhì)操作，可以設(shè)置傳熱管、氣體噴管和固體加入或排出管等，為改變流化床操作狀況，可以設(shè)置必要的隔網(wǎng)、擋板和填料等。在某些應(yīng)用領(lǐng)域，需將物體浸入流化床中對(duì)物體進(jìn)行表面涂敷和包裹處理；在顆粒分選工藝中，利用尺寸和密

2、度不同的粒子在流化床中出現(xiàn)的分級(jí)現(xiàn)象，達(dá)到分選目的。現(xiàn)在節(jié)能減排也已成為時(shí)代的主旋律，而現(xiàn)有的氣■固流化床則在節(jié)能和減排之間，貌似魚(yú)與熊掌的關(guān)系，二者不能兼顧。所有這些操作、和高要求都需要知道物體在流化床中的受力狀況，才能進(jìn)行正確的設(shè)計(jì)和操作。這樣，對(duì)于流化床中的懸浮物體，不僅要掌握它的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),根據(jù)工藝要求選擇不同的操作條件或參數(shù)，還需從根本上去研究它的受力情況。隨著科技的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，整個(gè)地球的可用資源卻日趨緊張。節(jié)能減排的呼聲已經(jīng)喚起了越來(lái)越多科研人員的警覺(jué)。兩相流技術(shù)在丁業(yè)上應(yīng)用廣泛，又在節(jié)能減排中起著關(guān)鍵的作用。因此，國(guó)內(nèi)外做這方面研究的人員也越來(lái)越多。

3、總的來(lái)說(shuō)，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、英國(guó)、日本、韓國(guó)、新加坡等在這方面起步稍早，并但取得了一些成果;中國(guó)在這方面起步較晚，但現(xiàn)在也有了足夠的重視。對(duì)通過(guò)填充床的氣固混合物的流動(dòng)行為已經(jīng)作了一些調(diào)查，見(jiàn)［1-9］o這些研究屮，只有側(cè)重于宏觀的流動(dòng)行為方面的壓力降和固體滯留，關(guān)于固體物質(zhì)的受力和行為方面的研究國(guó)內(nèi)外報(bào)道較少，僅進(jìn)行過(guò)一些特殊條件下的研究。如T.H.Nguyen［l］等報(bào)道了接近初始流化狀態(tài)時(shí)物體的受力滿足阿基米德原理；T.C.Kennedy等［2］和J.R.Grace等［3］對(duì)固定于流化床中的水平管的受力進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定。但對(duì)充分流化狀態(tài)下流化床屮懸浮物體的受力未

4、見(jiàn)報(bào)道。旨在獲取更多信息的流動(dòng)流體力學(xué)和固體的行為，與數(shù)學(xué)模型以解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并建立預(yù)測(cè)模型研究壓降，I古I體攔劫和停留吋間。二、論文的理論依據(jù)、研究方法綜合前人的研究成果，可將微小顆粒在流場(chǎng)中受力從理論上分為以下10種1.重力重力場(chǎng)作用下，W=2.浮力（也屬于壓強(qiáng)梯度力）只要固體顆粒處在流體中，就會(huì)有浮力存在，F(xiàn)產(chǎn)3.氣動(dòng)阻力只要固體顆粒與氣體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，便有氣動(dòng)阻力，球形顆粒定常流動(dòng)受氣動(dòng)阻力為Fd=Cd小-丫D孚,其中Cd按［1］8.9.2JI中的相應(yīng)公式計(jì)算4.壓強(qiáng)梯度力在有壓強(qiáng)梯度的流場(chǎng)中（例如管內(nèi)流動(dòng)）總有壓強(qiáng)的合力作用在顆粒上。耳=-著號(hào)其中切表示沿流動(dòng)

5、方向的壓強(qiáng)梯度5.附加質(zhì)量力當(dāng)直徑dp的球形顆粒在理想不可壓縮無(wú)界靜止流體中以等加速度%做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)Fm二+字幾知ZO6.Basset力是由于相對(duì)速度隨時(shí)間的變化而導(dǎo)致顆粒表面附面層發(fā)展滯后所產(chǎn)生的非恒定氣動(dòng)力，由于該力大小與顆粒的運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷有直接關(guān)FB=細(xì)彳問(wèn)『d（U-Up）/ckdT系，所以該力又稱(chēng)為“歷史力”O(jiān)2人其物理意義是表征顆粒相對(duì)流體做非恒速運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的附加粘性作用的時(shí)間積分。可見(jiàn)，其表達(dá)式是一奇異函數(shù)，即使已知流場(chǎng)中的速度分布，表達(dá)式中被積函數(shù)的分子項(xiàng)也是未知的。7.Saffman滑移剪切升力當(dāng)固體顆粒在有速度梯度的流場(chǎng)屮運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于顆粒兩側(cè)的流速不一

6、樣，會(huì)產(chǎn)生一由低速指向高速方向的升力，稱(chēng)為Saffman升力。以氣體和固體顆粒和對(duì)速度計(jì)算的&V1的情況下，代=1?6就（幾地嚴(yán)（嶺_乙）

7、叫/如?在高雷諾數(shù)區(qū)，尚無(wú)適合的Saffman升力計(jì)算式5.Magnus升力當(dāng)固體顆粒在流場(chǎng)中自身旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一與流場(chǎng)的流動(dòng)方向相垂直的由逆流側(cè)指向順流側(cè)方向的力，稱(chēng)為Magnus升力,（如乒乓球的弧圈球技術(shù)）F廠矽嵐5-片）血86.熱泳力若流場(chǎng)屮存在溫度梯度，顆粒就會(huì)受到來(lái)自高溫區(qū)的熱壓力而向低溫區(qū)遷移。固體燃料顆粒受氣體分子碰撞，面向高溫區(qū)的那一側(cè)氣體分子速度較高，碰撞猛烈，低溫區(qū)則碰撞作用小，這樣固體顆粒就會(huì)在熱壓力的作用

8、下向低溫區(qū)遷移。7.靜電力顆粒帶電后相互之間會(huì)產(chǎn)生靜電吸引力。顆粒帶電的原因可能有以下三種：①、顆粒在碰撞時(shí)帶電；②、氣體電離的擴(kuò)散作用；③、與帶電表面接觸放電。以上10種力是在各種假設(shè)的理想情況下按其成因推導(dǎo)出來(lái)的理論計(jì)算方法。但至今缺少綜合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。三、研究?jī)?nèi)容、研究方案和措施為研究宏觀上氣固兩相流中，固相的受力，本項(xiàng)研究計(jì)劃從研究單顆微粒子的受力出發(fā)。眾所周知，宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與其受力滿足牛頓的三大定律。而對(duì)于微粒子的運(yùn)動(dòng)與受力方面的關(guān)系則是未知的。但可以肯定的是其運(yùn)動(dòng)也由其受力決定。要研究微粒子的受力，首先就得從其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)著手。一旦獲取