颗粒流体力学课件.ppt
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- 颗粒 流体力学 课件
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1、颗粒流体力学 存在状态不同的多相物质共存于同一流动体系中的流动称为多相流。它具有以下特点:颗粒是分散相,粒径大小不一,运动规律各异;由于固体颗粒与液体介质的运动惯性不同,因而颗粒与液体介质存在着运动速度的差异-相对速度;颗粒之间及颗粒与器壁之间的相互碰撞和摩擦对运动有较大影响,并且这种摩擦和碰撞会产生静电效应;在湍流条件下,气流的脉动对颗粒的运动规律以及颗粒的存在对气流的脉动速度均有相互影响;由于流场中压力和速度梯度的存在、颗粒形状不规则、颗粒之间及颗粒与器壁之间的相互作用等原因,会产生颗粒的旋转,从而产生升力效应。两相流的基本性质两相流的基本性质 在流动体系中,颗粒的体积、质量和密度分别为V
2、p、Mp和p,液体的体积、质量和密度分别为Vf、Mf和f,则两相流的总质量、总体积和密度分别为Vp、Mp和m,显然有:mpfmpfMMMVVV体积浓度Cv:固体颗粒的体积占两相流总体积的分数。pvpfmfpfVCVV单位体积液体所拥有的固体颗粒体积为:pmfvfpmVCV 质量浓度:单位质量的两相流体中所含固体颗粒的质量,以Cw表示:pppmfwvpfpfmmMCCMM 单位质量的两相流中所含固体颗粒的质量ppmfwfpmmMCM 在颗粒浓度很高的两相流中,常用到空隙率的概念wmpwffvwwmmfwfpp1 CVV1 CV1 C1 CCVV1 C1 两相流的黏度:两相流中颗粒浓度不大时,其黏
3、度与流体近似。当颗粒浓度增大时,其黏度也随之增大。A.Einstein提出了如下两相流黏度计算式:21 0.51vmfvCC 两相流的密度:单位体积的两相流中所含固体颗粒和流体介质的质量分别称为颗粒相密度和介质相的密度pfmfmpmmfwwfwpfpMMMVV1C1 C11C 两相流的比热容 定压比热容:pmppwpfwCC CC1 C 定容比热容:vmvpwvfwCC CC1 C 式中,Cpp和Cpf分别为颗粒颗粒相和液体相的定压比热容,Cpf和Cvf分别为颗粒相和液体相的定容比热容。两相流的比热容之比:两相流的定压比热容与定容比热容之比,其表达式为:111111pmppwpfwvmvmwv
4、fwwwwwCC CCCCC CCCCCKCKC当Cw大于0.8时,迅速接近于1,而=1的流动为等温流动,因此可以将质量浓度大的气固两相流动看出是等温流动。等温流动具有如下性质:由于颗粒的热容量大,混合物膨胀或压缩引起的气体温度变化可从颗粒的热交换得到补偿而不致影响颗粒和两相流的温度。pfppvfpfCCK=;CC颗粒相的Cpp=Cvp=C 两相流的热导率:两相流的热导率:221002100vfpfpmfvfpfpCC颗粒在流体中的运动颗粒在流体中的运动 颗粒运动时的阻力:Newton阻力定律22duFC A 2242dpuFCD236tcppuFDrFd-流体阻力,u-颗粒与流体的相对速度,
5、A-颗粒的迎流面积,-流体的密度,C-阻力系数,Dp-球形颗粒的粒径。Ut-颗粒的圆周速度,r-颗粒作圆周运动的半径。重力和浮力36gppFDg36apFDg 离心力 压力梯度力:由压力梯度引起的作用力。运动方程 阻力系数C-是颗粒雷诺数Rep的函数。ReppDu 球形颗粒沉降情形下,根据颗粒雷诺数的大小,大致可分成层流区、过渡区和遄流区,并可按下面的公式近似计算其阻力系数。层流区(Stokes区)42410Re1ReppC 过渡区(Allen区)101Re500ReppC5500Re2 100.44pC4.80.63RepC 流区此外用于整个区域的近似公式为:颗粒在流体中的运动服从牛顿第二定
6、律 重力沉降:假定颗粒为球形且颗粒在运动过程中,相互之间无任何干扰和影响,即属于自由沉降,则最大沉降速度为:43ppmgDuC 不同沉降区的沉降末速度 在Stokes区:218pmspguD 在Newton区:3ppmNgDu1/324225pmApguD 在Allen区:习题 试求相对密度为2.65,粒径为10m的石英颗粒在200C的水中自由沉降末速度。在一定的介质和一定的温度条件下,一定密度的固体颗粒的沉降末速度仅与粒径大小有关,颗粒大者um也大。因此可以根据沉降末速度的不同实现大小颗粒的分级。沉降末速度的修正 颗粒形状的修正:形状对沉降速度的影响可用球形度来表示:=颗粒的等体积球的表面积
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