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竖直管道悬浮流动

/vertical suspension flow/
条目作者姚军

姚军

最后更新 2022-12-23
浏览 144
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在竖直管道中,气流方向与水平面垂直时颗粒呈悬浮状态的流动。

英文名称
vertical suspension flow
所属学科
工程热物理及动力工程

物料在垂直管道中输送,颗粒的重力与气流对物料颗粒的曳引力在同一直线上,二者方向相反,因为气流紊流的脉动速度、涡流影响,以及气流对颗粒的作用力不均匀和颗粒间的相互摩擦碰撞等因素,导致物料颗粒在上升过程中受到水平方向的力,从而引起水平方向的运动。颗粒群在垂直管道中形成接近于均匀的定常流动,在此过程中形成相互交错不规则的上升螺旋线运动。垂直管道中,颗粒群在管道中受力比较均匀,所以上升输送中物料颗粒浓度是以管道中心线为对称的,形成了管道中心浓度高,而壁面浓度较低的现象。

颗粒和流体(气体)在竖直的长管内同向向上流动,当流动达到定常、充分发展时,颗粒浓度的横向(对于圆管,即径向)分布常常不均匀。对这一现象,基于连续介质理论有两种解释:一是采用力平衡的观点,即采用双流体模型的观点进行解释,当流动达到定常、充分发展时,固相加速度为0,说明所有外力的总和为 0。在流场的大部分区域,除固相本身脉动造成的压强作用外,沿横向没有其他外力,因此该压强必定均匀。即颗粒的数密度与横向脉动强度均方值的乘积为常数。二是采用扩散模型的观点进行解释。当流动达到定常、充分发展时,扩散过程必已停止,或已达到动态平衡。若只有浓度梯度才能引起扩散,则扩散过程停止时浓度分布必定均匀,不均匀的浓度分布说明,必定有其他扩散势存在。

在垂直管道中,物料颗粒的重力与气流动力在一条直线上,颗粒在垂直上升的过程中一般会出现以下几种流形:①均匀流。在料气比较低、输送风速较高时,颗粒均匀分布在气体中,悬浮向上流动,形成均匀流。②疏密流。当输送风速降低或者料气比升高时,固体颗粒在管道内部某些部位开始集聚呈现出密集状态,物料以或团状或分散的形式向上非均匀流动,形成疏密流。③栓状流。当输送风速继续降低或者料气比继续升高时,固体颗粒开始连续集聚并充满整个管道,形成栓状,栓状流依靠前后的气体压力差向前推进。

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