顆粒—流體兩相流動

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1、第四章顆?！黧w兩相流動流體與顆粒的相對運動曳力與曳力系數(shù)（Draganddragcoefficient）流體與固體顆粒之間有相對運動時，將發(fā)生動量傳遞。顆粒表面對流體有阻力，流體則對顆粒表面有曳力。阻力與曳力是一對作用力與反作用力。由于顆粒表面幾何形狀和流體繞顆粒流動的流場這兩個方面的復雜性，流體與顆粒表面之間的動量傳遞規(guī)律遠比在固體壁面上要復雜得多。爬流(Creepingflow)：來流速度很小，流動很緩慢，顆粒迎流面與背流面的流線對稱。曳力與曳力系數(shù)（Draganddragcoefficien

2、t）在球坐標系中用連續(xù)性方程和N-S方程可得到顆粒周圍流體中剪應(yīng)力?r?和靜壓強p的分布為式中p0為來流壓力。流體對單位面積球體表面的曳力（表面摩擦應(yīng)力）為曳力與曳力系數(shù)（Draganddragcoefficient）?r?在z軸的分量為——表面曳力(Walldrag)所以整個球體表面摩擦曳力在流動方向上的分量F?為z?d?d???0曳力與曳力系數(shù)（Draganddragcoefficient）流體靜壓強對整個球體表面的作用力在流動方向上的分量為浮力Fb與流體運動無關(guān)流體對顆粒的形體曳力Fp正比于流速

3、u——形體曳力(Formdrag)曳力與曳力系數(shù)（Draganddragcoefficient）流體流動對顆粒表面的總曳力為摩擦曳力與形體曳力之和——斯托克斯（Stockes）定律嚴格說只有在Rep<0.1的爬流條件下才符合上式的求解條件顆粒雷諾數(shù)曳力與曳力系數(shù)（Draganddragcoefficient）顆粒表面的總曳力Fd(1)Rep<2，層流區(qū)(斯托克斯定律區(qū))(2)22×105，湍流邊界

4、層區(qū)邊界層內(nèi)的流動也轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?，流體動能增大使邊界層分離點向后移動，尾流收縮、形體曳力驟然下降，實驗結(jié)果顯示此時曳力系數(shù)下降且呈現(xiàn)不規(guī)則的現(xiàn)象，CD?0.1。曳力與曳力系數(shù)（Draganddragcoefficient）曳力系數(shù)CD與顆粒雷諾數(shù)Rep的關(guān)系流體繞球形顆粒流動時的邊界層分離自由沉降與沉降速度（Freesettlingandsettlingvelocity）單顆粒（或充分分散、互不干擾的顆粒群）在流體中自由沉降時在所受合力方向上產(chǎn)生加速度合力為零時，顆粒與流體之間將保持一個穩(wěn)定的相對速度。

5、FdFgFbut由顆粒與流體綜合特性決定，包括待定的曳力系數(shù)CD——重力場中的沉降速度自由沉降與沉降速度（Freesettlingandsettlingvelocity）顆粒-流體體系一定，ut一定，與之對應(yīng)的Rep也一定。根據(jù)對應(yīng)的Rep，可得到不同Rep范圍內(nèi)ut的計算式：(1)Rep<2，層流區(qū)(斯托克斯公式)(2)2

6、的實驗數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)出顆粒的粒度dp或密度?p。自由沉降與沉降速度（Freesettlingandsettlingvelocity）ut是顆粒在流體中受到的曳力、浮力與重力平衡時顆粒與流體間的相對速度，取決于流固二相的性質(zhì)，與流體的流動與否無關(guān)。顆粒在流體中的絕對速度up則與流體流動狀態(tài)直接相關(guān)。當流體以流速u向上流動時，三個速度的關(guān)系為：u=0，up=ut流體靜止，顆粒向下運動；up=0，u=ut，顆粒靜止地懸浮在流體中；u>ut，up>0，顆粒向上運動；u

7、特征與曳力系數(shù)一般采用與球形顆粒相對比的當量直徑來表征非球形顆粒的主要幾何特征。等體積當量直徑deV等表面積當量直徑deA等比表面積當量直徑dea顆粒形狀系數(shù)非球形顆粒4個幾何參數(shù)之間的關(guān)系工程上多采用可以測量的等體積當量直徑deV和具有直觀意義的形狀系數(shù)?A。流體通過固定床的流動固定床（Fixedbed）：固定不動的固體顆粒層例：固定床催化反應(yīng)器、吸附分離器、離子交換器等。流體在固定床中的流動狀態(tài)直接影響到傳熱、傳質(zhì)與化學反應(yīng)。顆粒床層的幾何特性粒度分布測量顆粒粒度有篩分法、光學法、電學法、流體力學

8、法等。工業(yè)上常見固定床中的混合顆粒，粒度一般大于70mm，通常采用篩分的方法來分析顆粒群的粒度分布。標準篩：國際標準組織ISO規(guī)定制式是由一系列篩孔孔徑遞增（0.045mm~4.0mm）的，篩孔為正方形的金屬絲網(wǎng)篩組成，相鄰兩篩號篩孔尺寸之比約為?2。由于歷史的原因，各國還保留一些不同的篩孔制，例如常見的泰勒制，即是以篩網(wǎng)上每英寸長度的篩孔數(shù)為篩號，國內(nèi)將其稱之為目數(shù)。密度函數(shù)（頻率函數(shù)）和分布函數(shù)若篩孔直徑為di-1和di相鄰兩篩的篩留質(zhì)量為mi，質(zhì)量