开题报告-刘贤杰

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1、课题：气固两相流实验装置的设计一、课题来源、目的、意义，国内外基本研究概况气固两相流在多相流体系中普遍存在，例如，口然界的大漠扬沙,化工、冶金、能源和粮食等领域的燃料配送,各种流化床，散装物料的气力输送和粉尘处理等。气■固流化床在工业上的应用领域日趋广泛。同时，随着各种实际应用上的需耍，它本身的结构也相应地发生着变化。就气-固流化床内部结构而言，为进行一系列传热、传质操作，可以设置传热管、气体喷管和固体加入或排出管等，为改变流化床操作状况，可以设置必要的隔网、挡板和填料等。在某些应用领域，需将物体浸入流化床中对物体进行表面涂敷和包裹处理；在颗粒分选工艺中，利用尺寸和密

2、度不同的粒子在流化床中出现的分级现象，达到分选目的。现在节能减排也已成为时代的主旋律，而现有的气■固流化床则在节能和减排之间，貌似鱼与熊掌的关系，二者不能兼顾。所有这些操作、和高要求都需要知道物体在流化床中的受力状况，才能进行正确的设计和操作。这样，对于流化床中的悬浮物体，不仅要掌握它的运动特点,根据工艺要求选择不同的操作条件或参数，还需从根本上去研究它的受力情况。随着科技的发展，时代的进步，整个地球的可用资源却日趋紧张。节能减排的呼声已经唤起了越来越多科研人员的警觉。两相流技术在丁业上应用广泛，又在节能减排中起着关键的作用。因此，国内外做这方面研究的人员也越来越多。

3、总的来说，国外发达国家如美国、英国、日本、韩国、新加坡等在这方面起步稍早，并但取得了一些成果;中国在这方面起步较晚，但现在也有了足够的重视。对通过填充床的气固混合物的流动行为已经作了一些调查，见［1-9］o这些研究屮，只有侧重于宏观的流动行为方面的压力降和固体滞留，关于固体物质的受力和行为方面的研究国内外报道较少，仅进行过一些特殊条件下的研究。如T.H.Nguyen［l］等报道了接近初始流化状态时物体的受力满足阿基米德原理；T.C.Kennedy等［2］和J.R.Grace等［3］对固定于流化床中的水平管的受力进行了实验测定。但对充分流化状态下流化床屮悬浮物体的受力未

4、见报道。旨在获取更多信息的流动流体力学和固体的行为，与数学模型以解释实验结果，并建立预测模型研究压降，I古I体拦劫和停留吋间。二、论文的理论依据、研究方法综合前人的研究成果，可将微小颗粒在流场中受力从理论上分为以下10种1.重力重力场作用下，W=2.浮力（也属于压强梯度力）只要固体颗粒处在流体中，就会有浮力存在，F产3.气动阻力只要固体颗粒与气体有相对运动，便有气动阻力，球形颗粒定常流动受气动阻力为Fd=Cd小-丫D孚,其中Cd按［1］8.9.2JI中的相应公式计算4.压强梯度力在有压强梯度的流场中（例如管内流动）总有压强的合力作用在颗粒上。耳=-著号其中切表示沿流动

5、方向的压强梯度5.附加质量力当直径dp的球形颗粒在理想不可压缩无界静止流体中以等加速度%做直线运动时Fm二+字几知ZO6.Basset力是由于相对速度随时间的变化而导致颗粒表面附面层发展滞后所产生的非恒定气动力，由于该力大小与颗粒的运动经历有直接关FB=細彳问『d（U-Up）/ckdT系，所以该力又称为“历史力”O2人其物理意义是表征颗粒相对流体做非恒速运动时所受到的附加粘性作用的时间积分。可见，其表达式是一奇异函数，即使已知流场中的速度分布，表达式中被积函数的分子项也是未知的。7.Saffman滑移剪切升力当固体颗粒在有速度梯度的流场屮运动时，由于颗粒两侧的流速不一

6、样，会产生一由低速指向高速方向的升力，称为Saffman升力。以气体和固体颗粒和对速度计算的&V1的情况下，代=1・6就（几地严（岭_乙）

7、叫/如©在高雷诺数区，尚无适合的Saffman升力计算式5.Magnus升力当固体颗粒在流场中自身旋转时，会产生一与流场的流动方向相垂直的由逆流侧指向顺流侧方向的力，称为Magnus升力,（如乒乓球的弧圈球技术）F厂矽嵐5-片）血86.热泳力若流场屮存在温度梯度，颗粒就会受到来自高温区的热压力而向低温区迁移。固体燃料颗粒受气体分子碰撞，面向高温区的那一侧气体分子速度较高，碰撞猛烈，低温区则碰撞作用小，这样固体颗粒就会在热压力的作用

8、下向低温区迁移。7.静电力颗粒带电后相互之间会产生静电吸引力。颗粒带电的原因可能有以下三种：①、颗粒在碰撞时带电；②、气体电离的扩散作用；③、与带电表面接触放电。以上10种力是在各种假设的理想情况下按其成因推导出来的理论计算方法。但至今缺少综合实验验证。三、研究内容、研究方案和措施为研究宏观上气固两相流中，固相的受力，本项研究计划从研究单颗微粒子的受力出发。众所周知，宏观物体的低速运动状态与其受力满足牛顿的三大定律。而对于微粒子的运动与受力方面的关系则是未知的。但可以肯定的是其运动也由其受力决定。要研究微粒子的受力，首先就得从其运动状态着手。一旦获取