湍流气固两相流动模型.ppt

《湍流气固两相流动模型.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、§4湍流气固两相流动模型气固两相流动的研究方法把流体或气体当作连续介质，而将颗粒视为离散体系把流体与颗粒都看成共同存在且相互渗透的连续介质，即把颗粒视作拟流体近年来，在研究有化学反应的气粒两相流时，也探讨了诸如颗粒相的连续介质—轨道模型这样的综合方法1气固两相流动的特点1)流动类型—根据以下特征时间的比值组成的相似准则的量级判断流动时间（停留时间）扩散驰豫时间平均运动驰豫时间流体脉动时间颗粒间碰撞时间其中当时，为无滑移流（平衡流）；当时，为强滑移底（冻结流）；当时，为扩散—冻结流；当时，为扩散—平

2、衡流；当时，为稀疏悬浮流；当时，为稠密悬浮流。2)颗粒尺寸及其分布规律气固两相流中颗粒平均尺寸（56）颗粒尺寸分布规律的Rosin—Rammler公式（57）式中为尺寸大于dk的颗粒的重量百分比；n是非均匀性指数；d是特征尺寸。n和d均由实验确定。3)表观密度和体积分数气固两相流动中几种不同定义的密度（58）式中—混合物密度；—流体（气体）的表观密度；，—颗粒的表观密度；—颗粒材料密度。颗粒相及气相的体积分数定义为：（59）对于稀疏气固两相流动有其中为气体材料密度。在煤粉火焰中有即故煤粉火焰为稀疏

3、气固两相流动4)颗粒阻力、传热传质及反应颗粒阻力按照气固两相间相对运动的Reynolds数范围的不同具有不同的规律：（60）当颗粒温度高于气体温度T时，颗粒阻力要大于等温情况下的阻力。这时计算中的气体粘性系数如下确定(式中和分别为和T下的气体粘性系数)：（61）蒸发，挥发和反应会引起颗粒质量变化从而降低颗粒阻力，此时颗粒阻力计算式为：（62）式中B为与质量变化率有关的无量纲参数：（63）颗粒的传热传质可以用Ranz—Marshell公式描述：（64）2气固两相流动的基本方程将多相或两相流动系统视作

4、一个多相混合物颗粒与流体在宏观上占据相同的空间（但在微观上占据不同的空间），互相渗透，且各相具有各自的尺寸、速度和温度对真实的多相流动系统，需要了解的是宏观流动特性欧拉坐标系中湍流多相流动的瞬时方程组流体（气）相连续方程（65）第k种颗粒相连续方程（66）混合物连续方程（67）流体（气）相动量方程（68）第k种颗粒相动量方程（69）混合物动量与方程（70）流体（气）相能量方程（71）第k种颗粒相能量方程（72）混合物能量方程（73）流体（气）相组分方程（74）以上方程组中，Qk是颗粒与流（气）体间

5、的对流传热；和分别为流体相和颗粒相因相变而产生的源项；是流体相的辐射传热；是第k种颗粒相的辐射传热；ws是流体相中s组分的反应率；是流体相反应在单位体积中释放的热量；是颗粒表面异相反应（包括蒸发与凝固）所释放的热量；是相变过程中s组分的贡献分数。上述湍流多相流动的瞬时方程组按照类似于单相湍流流动中采用的方法进行雷诺分解和平均后，得其时均方程组：流体连续方程（75）颗粒连续方程（76）（77）流体动量方程（78）颗粒动量方程（79）流体能量分方程（80）颗粒能量方程（81）流体组分方程（82）方程（

6、75）—（82）是湍流气固两相流动的一般描述。由于方程组时均化后含有未知关联项，使其不能封闭。需要模化。3单颗粒动力学模型气固两相流的最简化的模型模型假设：忽略颗粒存在对流体流动的影响已知流体中互不相关的无脉动的单颗粒的运动，包括颗粒平均运动或对流运动的轨道，以及颗粒速度及温度沿轨道的变化（83）大多数情况下除阻力Fdi以外的虚假质量力、压力梯度力、Basset力、Magnus力、Saffman力、热泳力和电泳力不很重要4小滑移模型模型假设：颗粒相对流体流动的影响是小扰动、或者该影响被完全忽略颗

7、粒的运动单纯由流体流动引起，流体与颗粒间的速度滑移相对于平均流动来说是小量，这一滑移是颗粒扩散的结果在小滑移模型中：（84）式中，是颗粒速度相对于混合物速度的滑移，它等于扩散漂移速度。即(85)式中，YK是第k种颗粒相在多流体混合物中的质量分数，它可由下式定义对于小滑移模型，多相液体混合物中第k相的连续方程是（86）它与颗粒扩散方程等价：（87）5无滑移模型（单流体模型）模型假设：每一尺寸组的颗粒时均速度等于当地气体时均速度，即（动量平衡，即无滑移）；颗粒温度或保持常数（，能量冻结），或等于当地气

8、体温度（，能量平衡）；颗粒相看作一种气相组分，和其他气相组分一样以相同的速率扩散（，扩散平衡）；颗粒群可以按初始尺寸分布分组，也可以按当地尺寸分布分组。在湍流两相时均流动方程组中，忽略气体密度脉动、相变的脉动及阻力（无滑移），得气相守恒方程的通用形式：（88）式中，为气相本身的源项，是气固两相相互作用产生的源项。方程中、、和的值如表8.4。表4单流体模型气相方程组方程气相连续100气相动量气相湍动能K0湍能耗散率0气相组分Ys气相焓h颗粒的连续方程或扩散方程为：（89）（90）无滑