第二章-作用在颗粒上的曳力特性.ppt

第二章-作用在颗粒上的曳力特性.ppt

《第二章-作用在颗粒上的曳力特性.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章-作用在颗粒上的曳力特性.ppt（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第二章作用在颗粒上的曳力特性,2.1引言2.2单颗粒曳力系数的计算2.3相关曳力（阻力）系数的两个实验2.4颗粒的终端速度（沉降速度）,2.1引言,在气固两相流中，只要两相之间存在速度差，同时由于绕流及气体粘性的存在，则必然由此导致两相之间的力的作用粘性力。

根据研究和探讨的对象不同将这种粘性力分别称为曳力和阻力。

气相（气体）,固相（颗粒）,曳力,阻力,曳力（阻力）的计算方法,其中：

CD曳力系数dp颗粒直径，在非球形颗粒时采用当量直径vg气体速度vp颗粒速度vr气体与颗粒之间的相对速度,重要的是要解决获得CD的方法,如前所述，曳力一般以如下形式表示：

曳力（阻力）系数CD的确定方法,在通常情况下，曳力系数是通过实验测定的方法得到的，而对于某些典型的颗粒（例如球形颗粒）也可以较方便地通过理论计算或数值模拟的方法进行计算。

2.2单颗粒曳力系数的计算1,在工程上，根据流动的区域（由Re划分）的不同，通常划分成三个区域：

（1）StokesFlowRe4,

（2）AllenFlow4Re600,（3）NewtonFlowRe600CD=0.44,上述计算仅仅作为工程上计算使用，误差较大。

曳力（阻力）系数更进一步的分析与计算,为了更好地描述气体对单颗粒的曳力系数，采用实验及数值模拟计算的方法测定了单颗粒在气体中的标准阻力曲线。

对于低速区域（Re5），为了提高精度，将Stokes公式的范围限定在Re1具有较高的精度；而在Re5较宽的范围内，由Oseen公式来描述，Oseen公式的形式与前面介绍的Allen流动情况类似，即：

Oseen,Stokes,单个球形颗粒标准阻力曲线的分段逼近,经过与标准阻力曲线的比较，上面的Stokes公式和Oseen公式在大Re数情况下误差较大，为此，根据绕球流动的发展特征将整个流动区域划分成6个流动区域，并在每个区域采用一个或多个公式进行逼近，以保证精度。

6个区域分别为：

Stokes区域（Rep1）不分离流动区域（1Rep20）定常尾流区域（20Rep130）尾流不稳定的发生区域（130Rep400）高亚临界雷诺数区域（400Rep3.5105）临界转折和超临界流动区域（Rep3.5105）,单个球形颗粒标准阻力曲线的分段逼近（续）,在上述对流动分区的基础上，采用分段逼近的方法给出了相应的10个计算公式，结果显示，在区段之间的边界上，对于CD的毗邻方程，拟合误差在1。

除此以外,在工程计算中，常被采用的一些关系式，是去近似标准阻力曲线的一些经验与半经验关系式，其表达式和误差见表。

标准阻力曲线分阶段逼近结果、经验公式计算结果及相互比较如下,单个球形颗粒标准阻力曲线分段逼近结果,阻力系数的经验计算公式结果,经验公式计算结果与标准阻力曲线的比较,湍流场中单颗粒阻力的处理,上述单颗粒的阻力系数的分析与计算均是建立在流体的流场是层流的基础上的，对于湍流就不一定适用。

因为在流体处于湍流状态下，流体微团的湍动（脉动）及气固两相之间的动力学相互作用将对颗粒所受到的阻力起很大的影响。

在这种情况下，对单颗粒阻力系数的研究具有很大的难度：

流体湍流引起的湍流粘度的确定湍流情况下，单颗粒所受阻力的测量,目前对湍流场中颗粒阻力的计算尚不是理论十分完善,湍流场中颗粒阻力计算的常见处理方法举例,基于垂直管中气固两相悬浮流当地测量结果的分析,相间重要的动力学相互作用，形式上可仍然由简单的stokes阻力定律所支配，该定律可以推广到湍流粒子雷诺数的大数值范围，只不过应当用悬浮流中流体对粒子的当量湍流粘度代替分子粘度。

悬浮流中流体对粒子的该视在湍流粘度可借助于粒子尺寸和浓度、当地的流动湍流雷诺数和粒子对流体的密度比来表达。

湍流场中颗粒阻力计算的常见处理方法举例（续）,流体视在粘度的确定：

Rep时：

Rep时：

其中：

Sr颗粒对气体的密度比，Sr=p/g悬浮体中体积浓度，FrFroude数，Fr=vg/（dpg）0.5mr颗粒对气体的质量流量之比,湍流场中颗粒阻力计算的常见处理方法举例（续）,上述修正公式的适用范围：

0.610-38.010-3，50Fr3331.2104Re3.1104800Sr1900Rep1800,2.3相关曳力（阻力）系数的两个实验,Basina和Maksimov实验Basina和Maksimov（1969）做了在热传递和燃烧过程中球形颗粒曳力系数CD的实验。

灾验结果如下图所示。

图中Tp（K）代表燃烧和加热状态下的颗粒的温度，而Ta（K）则代表气体温度。

此外，还列出了一些其它的经验方程。

在考察颗粒在燃烧室内，在高炉的烟气中以及在高温气体中的运动时，这张图是很重要的。

在热传递和燃烧过程中球形颗粒的曳力系数,相关曳力（阻力）系数的两个实验（续）,Ingebo实验Ingebo（1956）在空气压力为42.9166KPa，气温为277644K气流速度为每秒30.554.9米的实验范围内，研究了在空气流中作加速运动的液体和固体球形颗粒的运动规律。

颗粒群内个别液滴和固体颗粒的粒径dP和速度vP数据由NACALewis实验室研制的高速摄影机获得。

根据实验结果，就可以确定球形颗粒的线形加速度。

同时，将液滴与固体颗粒的瞬时曳力系数同颗粒的雷诺数相关联。

在6Re400范围内，其关系可由下列表示:

基于线性加速运动的瞬时不稳定状态下的曳力系数与雷诺数的关系（Ingebo）,2.4颗粒的终端速度（沉降速度）,1、终端速度的概念,假设粒径为dp的颗粒在静止气体内速度UP沉降，作用在颗粒上的重力G与曳力FD及浮力Ff达到力学平衡状态，这样颗粒将静止地悬浮在气流中或以恒定不变的速度沉降，此速度称为终端速度或沉降速度，通常用符号vt表示。

2、终端速度的计算,根据重力、浮力和曳力的平衡关系可以得到：

由此可得到：

在低雷诺数情况下，曳力（阻力）系数可由Stokes公式24/Rep计算，此时：

其它阻力系数下的颗粒终端速度可按同样方法进行计算,3终端速度、颗粒数和颗粒的统计浓度之间的关系,从工程角度来说，处理的往往是大量的颗粒即粉体，而不仅仅是单颗粒。

因此，考虑流体流动效应下气体内颗粒群的终端速度是非常重要的。

两个假设推导颗粒数与浓度之间关系,粒径dp的颗粒按有规律的间隔排列，如图所示；颗粒之间的距离至少大于10dp，才能使得流体的运动效应不影响颗粒的运动。

颗粒数与体积浓度间关系示意图,根据上述关系可得到,体积L3中的颗粒总体积为:

体积浓度为:

n时,浓度对颗粒终端速度的影响举例之一,1、机油内玻璃球的浓度对终端速度的影响,Vtm/vt,浓度对颗粒终端速度的影响举例之二,2、静止空气内灰尘的颗粒数对终端速度的影响,Vt/vtm,BACK,单个球形颗粒的标准阻力曲线,BACK,