顆粒流體力學多相流具有以下特點：顆粒是分散相，粒徑大小不一，運動規律各異；由于固體顆粒與液體介質的運動慣性不同，因而顆粒與液體介質存在著運動速度的差異-相對速度；顆粒之間及顆粒與器壁之間的相互碰撞和摩擦對運動有較大影響，并且這種摩擦和碰撞會產生靜電效應；在湍流條件下，氣流的脈動對顆粒的運動規律以及顆粒的存在對氣流的脈動速度均有相互影響；由于流場中壓力和速度梯度的存在、顆粒形狀不規則、顆粒之間及顆粒與器壁之間的相互作用等原因，會產生顆粒的旋轉，從而產生升力效應。第2頁,共26頁，2024年2月25日，星期天兩相流的基本性質在流動體系中，顆粒的體積、質量和密度分別為Vp、Mp和

p，液體的體積、質量和密度分別為Vf、Mf和

f，則兩相流的總質量、總體積和密度分別為Vp、Mp和

m，顯然有：體積濃度Cv：固體顆粒的體積占兩相流總體積的分數。單位體積液體所擁有的固體顆粒體積為：第3頁,共26頁，2024年2月25日，星期天質量濃度：單位質量的兩相流體中所含固體顆粒的質量，以Cw表示：單位質量的流體介質中所含固體顆粒的質量在顆粒濃度很高的兩相流中，常用到空隙率的概念第4頁,共26頁，2024年2月25日，星期天兩相流的黏度：兩相流中顆粒濃度不大時，其黏度與流體近似。當顆粒濃度增大時，其黏度也隨之增大。A.Einstein提出了如下兩相流黏度計算式：兩相流的密度：單位體積的兩相流中所含固體顆粒和流體介質的質量分別稱為顆粒相密度和介質相的密度第5頁,共26頁，2024年2月25日，星期天兩相流的比熱容定壓比熱容：定容比熱容：式中，Cpp和Cpf分別為顆粒顆粒相和液體相的定壓比熱容，Cpf和Cvf分別為顆粒相和液體相的定容比熱容。第6頁,共26頁，2024年2月25日，星期天兩相流的比熱容之比：兩相流的定壓比熱容與定容比熱容之比，其表達式為：當Cw大于0.8時，迅速接近于1，而=1的流動為等溫流動，因此可以將質量濃度大的氣固兩相流動看出是等溫流動。等溫流動具有如下性質：由于顆粒的熱容量大，混合物膨脹或壓縮引起的氣體溫度變化可從顆粒的熱交換得到補償而不致影響顆粒和兩相流的溫度。顆粒相的Cpp=Cvp=C第7頁,共26頁，2024年2月25日，星期天兩相流的熱導率：第8頁,共26頁，2024年2月25日，星期天顆粒在流體中的運動顆粒運動時的阻力：Newton阻力定律Fd-流體阻力，u-顆粒與流體的相對速度，A-顆粒的迎流面積，-流體的密度，C-阻力系數，Dp-球形顆粒的粒徑。Ut-顆粒的圓周速度，r-顆粒作圓周運動的半徑。重力和浮力

離心力第9頁,共26頁，2024年2月25日，星期天阻力系數C-是顆粒雷諾數Rep的函數。球形顆粒的阻力系數與雷諾數的關系球形顆粒沉降情形下，根據顆粒雷諾數的大小，大致可分成層流區、過渡區和湍流區，第10頁,共26頁，2024年2月25日，星期天可按下面的公式近似計算其阻力系數。層流區（Stokes區）

過渡區（Allen區）湍流區此外用于整個區域的近似公式為：第11頁,共26頁，2024年2月25日，星期天顆粒在流體中的運動服從牛頓第二定律重力沉降：假定顆粒為球形且顆粒在運動過程中，相互之間無任何干擾和影響，即屬于自由沉降，則最大沉降速度為：不同沉降區的沉降末速度在Stokes區：在Newton區：在Allen區：第12頁,共26頁，2024年2月25日，星期天習題試求相對密度為2.65，粒徑為10m的石英顆粒在200C的水中自由沉降末速度。在一定的介質和一定的溫度條件下，一定密度的固體顆粒的沉降末速度僅與粒徑大小有關，顆粒大者沉降末速度也大。因此可以根據沉降末速度的不同實現大小顆粒的分級。第13頁,共26頁，2024年2月25日，星期天沉降末速度的修正顆粒形狀的修正：形狀對沉降速度的影響可用球形度

來表示：

=顆粒的等體積球的表面積/顆粒的實際表面積等體積當量徑Dpv來計算沉降速度。在層流區：umc=Kums在湍流區，沉降速率通式中的C=5.31-4.88

第14頁,共26頁，2024年2月25日，星期天濃度修正：如果顆粒的濃度較小，相鄰顆粒間的距離比顆粒直徑大得多，可認為顆粒在沉降過程中無任何相互作用，這種沉降為自由沉降。當顆粒濃度較大時，顆粒之間相互干擾，此時的沉降為干擾沉降。必須對沉降速度進行修正：式中：K-常數，

m-分散體系的密度，m-分散體系的黏度，k-與顆粒形狀有關的常數，球形時為2/5，Cv-顆粒體積濃度第15頁,共26頁，2024年2月25日，星期天離心沉降當Cv0.02時，采用下式計算：離心加速度比重力加速度大2個數量級，因此，離心沉降能使沉降速度大大加快，同時可使細顆粒從分散體系中分離出來。第16頁,共26頁，2024年2月25日，星期天流體通過顆粒層的透過流動研究表明，單位時間有流量為Q，流體黏度為，顆粒層迎流斷面面積為A，層厚為L，壓力差為p，則平均流速為：式中，kd為透過率，由顆粒層物性決定，實際上，上式表示的是空管流速。設顆粒層的空隙率為，則流體在其中流動的表觀流速為：第17頁,共26頁，2024年2月25日，星期天式中：k0為取決于通道斷面形狀的常數；L/Le為彎曲率(Carman-Kozeny關系式)采用此原理，Blaine測試水泥等粉末材料的比表面積。第18頁,共26頁，2024年2月25日，星期天透過流動的應用：顆粒層過濾除塵器：含塵氣體通過顆粒層時，其中的顆粒被阻留在顆粒層中；固定床熱交換器流體透過法測定粉體的比表面積第19頁,共26頁，2024年2月25日，星期天顆粒的懸浮運動當流體通過顆粒料或粉料層向上流動時，隨著流體速度、顆粒性質及狀態、粉料高度和空隙率的不同，會出現各種不同的顆粒流體力學狀態：固定床：當流體速度很小時（uf<umf），粉體層靜止不動，流體從彼此相互接觸的顆粒間的空隙通過，空隙率不變。流化床：顆粒之間保持相互接觸狀態的最疏排列。流速一旦超過umf時，將不再保持固定床條件，粉體層開始懸浮運動，此時的床層狀態稱為流化床狀態，空隙率增加。第20頁,共26頁，2024年2月25日，星期天氣力輸送：當流體的速度增大到與顆粒的自由沉降速度相當時，固體顆粒開始被流體帶出，這時的流體速度稱為最高流化速度。從此時開始，流速越大，帶出的顆粒也越多，系統空隙率越大，壓降減小，顆粒在流體中形成稀相懸浮態，并與流體一起從床層中吹出，該狀態稱為氣力輸送狀態。這一階段可認為床層高度膨脹至無限大，空隙率接近１００％，此時系統中固體濃度降低得很快，使原來流化床中的氣體與固體間的摩擦損失大大降低，從而使總壓降顯著減小。氣固系統的流化床為聚式流化態，固液系統的流化態為散式流化態。第21頁,共26頁，2024年2月25日，星期天臨界流化速度：上式中，

ｃ和ｍｆ難以確定，采用上式計算時偏差往往較大，因此常采用下式計算：作業：在內徑為102mm的圓筒內填充0.11mm的球形顆粒，填充層高度為610mm，顆粒密度為4810kg/m3，試求顆粒被400C、1大氣壓的空氣流態化時的最小流化速度。第22頁,共26頁，2024年2月25日，星期天氣力輸送與機械輸送相比，氣力輸送具有以下優點：直接輸送散裝物料，不需要包裝，作業效率高；設備簡單，占地面積小，維修費用低；可實現自動化遙控，管理費用少；輸送管路布置靈活，可實現合理化配置；輸送過程中物料不易受潮、污損或混入雜質，同時可減少揚塵，改善環境衛生；輸送過程中能同時進行物料的混合、分級、干燥、加熱、冷卻和分離過程；可方便地實現集中、分散、大高度、長距離及各種地形的輸送。第23頁,共26頁，2024年2月25日，星期天缺點：動力消耗大，