第二章 气固两相流动的基本概念和特性参数.ppt

第二章 气固两相流动 气固两相流广泛存在于煤粉燃烧、气力输送、环保除尘等场合。 其特性参数主要包括浓度、空隙度、密度、比面积、粘度、比热、导热系数、颗粒松弛时间、颗粒平均尺寸等等。 2.1 气固两相流动的基本概念和特性参数 2.1.1 气固两相流动的基本概念 1．气固两相流的基本特点 气体分子分布均匀，而颗粒是分散的、直径大小不同，为了简便起见仅考虑一个平均尺寸。 颗粒相一般不作为连续介质。 颗粒相的惯性比较大，气体和颗粒之间存在着速度的滑移，因而各自运动规律会相互影响。 颗粒之间以及颗粒和壁面的碰撞和摩擦可以产生静电效应。 由于颗粒尺寸大小不一，形状也不同，使得每个颗粒都有不同速度。 2．粒径 粒径表示每个固体颗粒的大小程度，是判断固体颗粒粗细程度的一个指标。。如果颗粒是球形的或近似于球形的，那么可以取其直径作为粒径。若颗粒的大小和形状不同，要对颗粒进行准确测定并将其表示出来是几乎不可能的。许多人提出了各种各样的粒径测定方法，在这些方法中，实际应用的大致有两种。 1）直接测定的当量直径(显微镜粒径)：当颗粒的大小能用显微镜直接测定时可以取投影面一定方向上的各个颗粒的最大尺寸作为颗粒的粒径。 2）间接测定的有效直径(沉降颗粒直径)：根据颗粒在气体或液体中的沉降速度求得颗粒的有效直径。它主要用于测定不能用筛网计测的极小微粒。首先测定出球体颗粒的沉降速度，再根据公式求出沉降速度相应的球体直径。 3．粒度分布 颗粒物料中通常包含有各种不同粒径的颗粒，对不同粒径的颗粒在物料中所占的百分数，可以用粒度分布表示。颗粒度分布曲线的作法如下：首先取出一部分代表性物料，将颗粒径按几微米大小的间隔进行分区，分别测定个颗粒粒径间隔间的颗粒重量或颗粒个数。然后以颗粒径为横坐标，以相同颗粒径间隔(10) 之间的颗粒重量(或颗粒数)的百分数为纵坐标，画出矩形图。最后将所画出的各矩形上面的线段的中点连接，便可以得到颗粒度分布曲线。 4．平均粒径 平均粒径是颗粒群中大小各不相同的粒径的平均值。平均粒径可定量地表示颗粒群的大小。确定平均粒径的方法很多，大致有算术平均、几何平均、调和平均、面积长度平均、体面积平均、重量平均、平均表面积、平均体积、比表面积、中径和多数径等。其中应用最多的是中径和多数径。同一颗粒群用各种方法平均后，会得到各种不同的平均粒径值。 2.1.2 气固两相流动的特性参数 设气体－固体颗粒混合物的体积为V，质量为W，其中气体的体积为 ，质量为 ；固体颗粒的体积为 ，质量为 ，颗粒数为 N 。 1. 质量含气率 气体质量占两相混合物质量的份额为质量含气率，即 （2-1） 而 （2-2） 为质量含固率。 2. 容积含气率 气体体积占两相混合物体积的份额为容积含气率，即 （2-3） 而 （2-4） 为容积含气率。它是研究气体－固体颗粒两相流的重要参数之一。容积含气率与颗粒的球形度、均匀程度和堆积情况有关。颗粒的球形度小的，即形状不规则的，由于颗粒群可以相互交错，容积含气率小；颗粒粒径不均匀的，颗粒群中的细颗粒可以填充在粗颗粒之间，比粒径均匀的容积含气率要小；密实堆积比较松散堆积的容积含气率小。一般物料任意堆积时的容积含气率约为0.4。 3．混合比和浓度 气固两相流中的混合比（或载荷比）是指单位时间内通过输送管道有效截面的颗粒的质量与气体的质量之比值，用符号z表示。 （2-5） 其中 和 分别是单位时间通过的颗粒质量和气体质量，当颗粒速度 等于输送气流速度 时，则 （2-6） 混合比z是一个无量纲量。它是气固两相流中一个很重要的参数。它的大小直接影响输送管道内压力损失。混合比越大，对于增大输送能力来说是有利的。但混合比过大，在同样气流速度下可能产生堵塞，输送压力也增高。因此混合比的数值受物料的物理性质、输送方式以及输送条件等因素的控制。