《材料工程基础》论文

【1】 引言：关于两相运动现象的介绍，首先举例说明了在自然界和工业生产中存在的两相流动现象，解释了两相与多相流的专业术语和基本特性参数。在粒子与流体的相互作用方面，从单粒子在流体中的受力分析出发，详细说明了粒子在流体中的受力情况，给出了单粒子在流体中的运动方程。对气—固两相流动给出了质量、动量和能量的守恒方程，并介

绍了利用数值仿真方法研究流体流动的基本方法和步骤。

【2】 正文：

1 > 绪论

(1) 两相运动举例： 介绍 原理 液体物质雾化，通过高温气体干燥成粉末 食品、清洁剂、药物 含尘气体通过旋风分离器旋转分离 流体与固体粒子的分离 通过调节气流速度控制粒子的运输速度 通过向圆筒吹气体增强窗内的粒子混合 举 例喷雾干燥 离心分离 气力输送 流化床 应用 水泥、粮食、金煤的气化、燃烧、属粉末等的运输 液化，废物处理 总结 在各类工业过程中，两相流有着非常广泛的应用。为了使过程设备的设计经济合理、使系统在最佳工况下运行及评价各种安全因子，需要对两相流有系统的认识。 (2) 多相流动运动规律的研究方法：①实验观察方法；②宏观统计方法；③数学分析和模拟仿真方法。

2 > 两相与多相流的专用术语和基本特性参数

(1) 一般地，对于气—固两相流动，用下标“g”表示气相的流动参数，下标“p”表示固体粒子相的流动参数，两相混合物的参数不加下标。

(2) 质量流量、质量流率

质量流量是指单位时间内流过通道总流通截面积的流体质量，用Q表示。

Q = Q1+ Q2 质量流率是单位流通截面积上的质量流量，用q表示。

q = Q / A (3) 介质含量

气体质量占两相混合物质量的分数为质量含气率

ζ=(4) 浓度、密度、混合比

'gMgM=MgMpMg MgVdg 通过通道内的固相粒子的质量流量qmp与气相的质量流量qmg之比称为混合比，即

qmpqmg'pup'gug1dpup1up dgugug

3 > 粒子-流体的相互作用

(1) 单粒子在流体中的受力分析： ① 流体对运动粒子的阻力

所谓阻力是流体对运动粒子的粘性力和压力的合力。

FD1CdAc|ufup|(ufup) 2c—连续相的密度，kgm3；cd—阻力系数；uf和up—分别为流体和粒子的速度，ms；

A—粒子沿相对速度速度方向的投影面积，也叫粒子的迎风面积，m。 ② 非稳定力 虚拟质量力：

21dpdugdupFumg 26dd

Basset力：

3FBasset32dugupdpgg'2d' t02dt1 ③ 不均与流场对粒子的作用力

压强梯度力：

Fp(pn)ds cs升力：

Magnus力：FMagnus8d31(R) pgd(ugup)12Saffman升力：FSaffman1.61gg12dug2dpugupdy (2) 粒子云与流体的相互作用：

流体流过静止不动的球星粒子层，流体在单位长度流动方向上受到的阻力：

2dcUdcU2P 150321.753NcDcD4 > 连续相方程

(1) 流场的统计平均方法 ① 时间平均法：

u(x,y,z)lim② 空间平均法：

=③ 系统平均法：

10Tu(x,y,z)d t0TT1BdV Vcvuuf(u)du (2) 边界粒子的影响

控制容积的边界面处连续相的质量流量可表示为：

Mc(AADN)uc(1d)uAccuA (3) 准一维两相流的守恒方程： ① 连续相的连续性方程：

(cc)② 连续相的动量方程：

(ccuA)0 VV(ccu)(ccu2A)|2(ccu2A)|1F ③ 能量方程：

upu2)A]Nm(is) 能量溢出的净通量 = [ccu(ic225 > 流体-固体两相流的数值模拟

流体力学数值方法有很多种，其数学原理各不相同，但有两点是所有方法都具备的，即离散化和代数化。总的来说其基本思想是：将原来连续的求解区域划分成网格或单元子区域，在其中设置有限个离散点（称为节点），将求解区域中的连续函数离散为这些节点上的函数值；通过某种数学原理，将作为控制方程的偏微分方程转化为联系节点上待求函数值之间关系的代数方程（离散方程），求解所建立起来的代数方程以获得求解函数的节点值。不同的数值方法，其主要区别在于求解区域的离散方式和控制方程的离散方式上。在流体力学数值方法中，应用比较广泛的有以下几种：

有限拆分法、有限元法、边界元法、有限体积法和有限分析法[1]。

【3】 参考文献

[1] 《计算流体力学常用数值方法简介》 ； 李志印、熊小辉、吴家鸣。

材料工程基础

论文

两相运动现象

王震

合肥学院化学与材料工程系09无机非（1）

联系电话：152****5517

2011年10月10日