固液两相管道流ppt课件.ppt

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1、固液两相管道流调研报告2013-5-17固液两相管道流调研报告一、相关基本概念与研究进展概述一、颗粒在流体中的受力分析基本力：重力Fg、浮力Fb、曳力/阻力FD不稳定流场（相间相对加速度）：附加质量力Fa、Basset力Fba非均匀流场（压强与速度梯度）：压力梯度力FP、速度梯度力/升力FL（Magnus力FM、Saffman力Fs）其他：颗粒碰撞作用力、流体分子热泳力等FbFPFDFg固体颗粒FL相对流速§1流体—颗粒相互作用机制§1.1颗粒对流体运动的响应跟随性：颗粒流速对流体流速矢量响应程度（幅值比与相位差）滑移速度：流体时均流速—颗粒时均流速跟随性——颗粒粒径、密度密度接近于流体的颗粒

2、对流体运动具有良好的跟随性；颗粒密度与流体密度的差别愈大,且粒径愈大,跟随性愈差。§1.1颗粒对流体运动的响应二、悬浮颗粒对流体的跟随性跟随性——流速：输送速度越小，滑移速度越大；随着水流速度提高,滑移速度逐渐减小。当地浓度>输送浓度?滑移速度非负？一、颗粒特性——浆体流变特性细颗粒对粘度的影响大于粗颗粒颗粒粒径、级配、体积比浓度与浆体粘度的关系：—浓度较小时(<30%)，粘度基本随浓度线性增大；—固相浓度增加到一定值后(>40%),浆体粘度急剧增加，表现出非牛顿流体特性§1.2颗粒对流体特性的影响碰撞作用和流体流速梯度是影响颗粒紊动的两大原因；密度小于流体的颗粒增强流体的紊动；密度大于流体的

3、颗粒抑制流体的紊动；随着粒径和浓度的增大，颗粒对流体紊动性的作用愈来愈明显；对于恒定、均匀、各向同性的紊动流场,重颗粒的紊动强度总是小于相应流体的紊动强度；由于流速梯度的作用，管道边壁附近重颗粒紊动强度有可能大于流体的紊动强度。二、颗粒紊动—流体紊动相互作用图：紊动强度随粒径的变化§1.2颗粒对流体特性的影响颗粒自由沉降/浮游机理：浮容重=拖拽力FgFbFD§1.3颗粒沉降速度与浮游速度测量方法A（金文斌）：透明的倒圆台体球形单颗粒静水自由沉降速度理论值浮游速度<沉降速度：管道边壁效应导致非均匀流场：悬浮颗粒通常位于管道中心位置，此处流体流速大于管道平均流速黏度↑⇒沉降阻力↑流体表观密度↑⇒浮

4、力↑截面过流面积↓⇒局部滑移速度↑颗粒相碰撞干扰颗粒群浓度↑⇒沉速/浮游速度↓：§1.3颗粒沉降速度与浮游速度一、水平管流流态划分：滚动推移、滑动推移和悬移滑动推移悬移滚动推移§2固液两相管道流基本原理与流动结构§2.1固液两相管流流动结构颗粒流态主要与粒径、流速、浓度、管道形态等因素有关：水平管道：以滑动推移为主要运动形式;完全悬移只出现在细粒径（<0.2mm）、低浓度（3%）和高流速条件下。垂直上升管流：颗粒悬浮运动，不存在推移质，且管道径向断面上颗粒流速浓度关于管轴对称分布；倾斜上升管道：可当作水平与垂直流的组合情况，以滑动推移和悬移为主要运动形式；就悬移运动状态而言,倾斜角度越大,粗颗

5、粒越容易形成悬移。二、不同形态管道流动结构§2.1固液两相管流流动结构一般来说,旋涡向上分速必须超过颗粒的沉速,且旋涡尺寸远大于固体颗粒。粗颗粒推移机理：§2.2固液两相管流颗粒起动原理粗细颗粒起动区别：是否需要考虑颗粒间作用力。水平流颗粒起动机理细颗粒悬移机理：紊动旋涡水力提升速度>沉降速度FgFbFD颗粒垂直提升起动原理：非水平流颗粒起动机理倾斜管流颗粒起动机理：倾斜管流介于水平流与垂直流之间两者之间，起动原理属于两种机理组合：紊动漩涡+滑移拖拽对颗粒相而言是一种积分方法，将两相流看作是多相混合物，对控制体内的各相建立平均的守恒方程。颗粒与流体在宏观上占据相同空间，但各相具有不同的空间、运

6、动性质。颗粒相也引入了粘度和压力的概念。一、双流体模型（TFM）二、离散颗粒模型（DPM）对颗粒而言是一种微分方法。将流体视作连续介质，颗粒视作离散介质，从微观上研究单个颗粒在流体中的受力情况，颗粒对流体反作用力，以及颗粒与颗粒之间的相互作用，可以准确获得每个颗粒的运动轨迹和速度变化过程。§3固液两相管流理论模型对于颗粒运动规律的研究内容主要包括微观意义上的颗粒运动轨迹以及宏观意义上的颗粒相速度浓度在管道轴向与径向的分布状况等（清华水利系、长沙矿冶研究院+民族大学）；关于传输阻力特性的研究内容主要包括对各种管道形态下传输阻力机理的理论研究以及结合相关试验得到阻力的半经验半理论计算公式，并考察实

7、现安全与经济条件下的最佳传输速度与浓度等（清华水利系、长沙矿冶研究院+民族大学、河海大学、早期加拿大、前苏联）；关于管道系统安全可靠性的研究内容主要包括水击现象（清华水利系、郑州大学）；输流管道系统的振动特性（哈工大王世忠），包括中低速传输状态下避免共振问题以及高速传输时的管道失稳问题；管道堵塞的临界条件与再启动方法等（民族大学）。主要研究内容：颗粒在流体中运动规律、传输阻力特性以及系统安全可靠性