两相流基础学习知识复习资料题.doc

,. 总复习题目 一、 名词解释 牛顿流体：切应力与剪切变形率成正比的流体。 非牛顿流体：粘滞系数不是常数，或者要达到屈服应力才能运动的流体。 漂移速度：某相介质的速度与混合物速度之差。vcg=vg-v，vcl=vl-v 阻液和倒流：在直立管的气液两相流中，当向上的气流速度高到某极限值时，液体只随气流向上流动，不向下流动，即阻液现象；此时若降低气流速度，直到液体又开始向下流动，即倒流现象。 等容粒径：与泥沙颗粒体积相同的球体直径。 沉降粒径：与泥沙颗粒密度相同、沉速相等的球体直径。 球形度：非球形颗粒接近球形的程度。Ψ=As/Ap 摩擦阻力：由切应力产生，主要发生在边界层内的阻力。 压差阻力：主要由于流体绕曲面体或有锐缘棱角的物体流动时，边界层分离产生漩涡所造成的阻力，与物体形状有关，又称为形状阻力。 输送浓度：两相流体通过管道输送到目的地后的浓度。 当地浓度：某一瞬间在某一体积或某一质量两相流中固体的含量。 速度松弛和温度松弛：气体-颗粒流中有不同的温度和不同的速度，以致两相间发生相互作用，使它们的速度、温度逐渐接近，最终达到某相对平衡状态的过程。 平衡流/冻结流：速度、温度松弛时间比所研究课题的特征时间短/长得多的气固两相流。 干涉沉降/自由沉降：固体颗粒在有限/无限流体空间内的沉降。 水力坡度：两相流中固体物料一般在紊流中输送，其悬浮程度主要取决于紊流扩散有关的浆体流速同时某一压力下，浆体在管道流动中必须克服与管壁产生的摩擦力和湍流时层间的阻力，统称摩擦阻力损失，也即水力坡度。 含沙量：单位体积的浑水中所含的干沙的质量。 固液两相流体的稠度： 体积稠度：固体体积流量与液体流量之比。ct=Qs/Qf 质量稠度：固体质量流量与液体质量流量之比。cz=ρsQs/ρfQf 宾汉流体：切应力达到某屈服应力时才开始发生剪切变形，但变形率也是常数的固液两相流体。 伪塑性流体/涨塑性流体：流动曲线的坡度随剪切变形率增加而减小/增加的流体。 鼓泡：气体通过较粗的粒料床层时，气泡破裂，造成床面和压降的波动，称为鼓泡。 腾涌：容器直径不大，床层较厚，气泡到达上表面时破裂，造成床面和压降的波动，称为腾涌。 沟流：容器直径较大，床层较薄，布风不均匀，气流不是均匀地而是在个别地方吹通床层，称为沟流。 二、 简答题 1、 简述固体颗粒粒径的测量方法。 （1） 直接测定法。对于较粗大的颗粒，可以用筛分法、显微镜法等。 （2） 间接测定法。对于较细微的颗粒，可以用气体沉降法、液体沉降法、离心分离法、光吸收法等。 2、 简述作用于固体颗粒的加速度阻力的类型和各自产生的机理。 1）附加质量力：当颗粒在无粘流体中作加速运动时，它要引起周围流体作加速运动，由于流体有惯性，表现为对颗粒有一个反作用力。对于球形颗粒，这个作用力的大小等于颗粒排开流体质量的一半与流体相对颗粒的加速度乘积，其作用就好像是使颗粒的质量增加了颗粒一半体积的流体质量，所以称为附加质量力。 2）巴塞特力：当颗粒在粘性流体中作直线变速运动时，颗粒附面层的影响将带着一部分流体运动，由于流体有惯性，当颗粒加速时，它不能立刻加速，当颗粒减速时，它也不能立刻减速。这样，由于颗粒表面的附面层不稳定，使颗粒受到一个随时间变化的流体作用力，而且与颗粒加速历程有关。 3、 简述气体-固体颗粒两相流中稀相流动和密相流动的两种分类方法，并举出一个工程实际中碰到的气体-固体颗粒两相流的稀相流动或密相流动。 1） 按固体容积份额分，1-η<5%为稀相，大于5%为密相。 2） 按颗粒群运动的机理分，如果颗粒在整个速度松弛过程中没有同其他颗粒碰撞为稀相，否则为密相。 稀相流动的例子：颗粒物料的稀相气力输送 4、 简述气体-固体颗粒两相流的两种极端情况，平衡流和冻结流的各自特点以及判别标准。 一种是平衡流，即该流动的速度、温度松弛时间比所研究课题的特征时间短得多，速度、温度很快达到平衡，甚短的松弛过程可以忽略不计，可以认为vp=vg、Tp=Tg。 一种是冻结流，即该流动的速度、温度松弛时间比所研究问题的特征时间长得多，速度、温度的变化小到可以忽略不计，可以认为vp、Tp为常数，等于它们的起始值。 平衡流和冻结流可用斯托克斯相似准则数来判断，该相似准数的定义为速度松弛时间与流动滞留时间之比，即 5、 分析固体颗粒在静水中自由沉降时所受的力以及自由沉降的过程，并指出影响固体颗粒沉降末速的主要因素有哪些。 在开始下沉的短暂时间内，球体的有效重量大于流体阻力，球体将加速下沉。但阻力因沉速的增加而提高，从而使球体加速度逐渐减少，直至有效重量与阻力相平衡，颗粒以等速下沉，即。颗粒的沉降末速与颗粒的直径、密度、形状、以及混合物的浓度有关。 6、 简述管道固液两相流中，均匀悬浮浆体和均质浆体的区别。 均匀悬浮浆体与均质浆体是有区别的，它属于非均质浆体。因为当管中流速减小时，颗粒不再均匀分布，成了非均匀悬浮浆体。 三、计算题 1、一个圆球形颗粒，直径 ds=0.1 mm，密度ρs= 2.7x103 kg/m3，在温度t =20℃的水中自由沉降，求颗粒的沉降末速vt。若圆球形颗粒直径为ds = 0.7 mm，颗粒的沉降末速vt又是多少？已知，20℃时，水的密度为ρ=1x103kg/m3 ，动力粘度为μ=1.005x10-3Pa.s；颗粒沉降末速的计算公式如下： 2、已知，20℃的空气-水混合物在内径为D=0.01m的水平管道中流动。水的质量流量为qm=4kg/s，密度为ρ=1x103 kg/m3；空气的质量流量为qmg=0.4 kg/s，密度为ρg=1.205 kg/m3。试根据下面的曼德汉（Mandhane）流型图确定该两相流的流型。 （图中，横坐标v0g表示空气的折算速度；纵坐标v0表示水的折算速度。） 折算速度：v0g=qvg/A，v0l=qvl/A 四、论述题 1、请根据下图分析不加热水平管道内出现的气液两相流流型及各自特点。 （从上至下，液体流量一定、气体流量逐渐增大。） （1） 泡状流：大量小气泡分散在连续的液体中，趋向管道上部。 （2） 弹状流：小气泡聚成弹状大气泡，大气泡之间还有一些小气泡，在管道上部间歇流动。 （3） 分层流：气泡增多增大，连成一片时，形成气液分层流动。 （4） 波状流：分层流界面因气流速度扰动呈波浪形。 （5） 块状流：分界面波幅增大，上部气体被波峰分割成块状大气泡。 （6） 环状流：管道中部形成含雾滴的气柱，与管壁间形成连续液膜。 （7） 雾状流：管壁中的液膜全部吹散。 2、请根据下图分析不加热竖直管道内出现的气液两相流流型及各自特点。 （从左至右，液体流量一定、气体流量逐渐增大。） （1）泡状流：大量小气泡分散在连续的液体中，管道中部气泡较多。 （2）弹状流：气泡含量增大，小气泡聚成弹状大气泡。 （3）块状流：弹状大气泡破裂成块状气泡。 （4）环状流：管道中部形成含雾滴的气柱，与管壁间形成连续液膜。 （5）雾状流：管壁中的液膜不复存在，管内是弥漫着液滴的气流。 3、请根据下图，阐述颗粒群粒度分布曲线的意义；并说明a、b和c三条曲线，哪一条曲线所属的颗粒群最粗；最后，在图中标出c曲线所属颗粒群的中值粒径。 （图中，横坐标ds表示粒径；纵坐标P为小于等于某粒径的质量百分数。） 颗粒物料通常含有不同粒径的颗粒，为了确定粒度分布情况，可以用筛分法按不同的粒径范围测出它们的质量或颗粒数，以确定它们在总量中所占的份额，或称频率，并绘制成曲线，称为粒度分布曲线。 粒径：a>b>c（看100%线） c中值粒径：50%处 4、由实验可知圆球颗粒所受阻力R与颗粒相对于流体的速度v、颗粒直径ds、流体的密度ρ和流体的动力粘度μ有关，请利用量纲分析原理推导圆球颗粒所受阻力R的一般计算公式。 见课件02 5、根据下图所示均匀球形颗粒床层的压降Δp随空床速度v的变化规律，说明实际流态化过程区别于理想流态化过程的三个主要特点。 1. 实际起始流态化速度大于理想起始流态化速度 2. 从固定床层到流态化床层的压降大，从流态化床层返回固定床层的压降小 3. 从床层流态化的起始点到气力输送的起始点，压降略有增大 6、根据下图说明流态化床层的四个主要特征。 (a) 具有水平的上界面 (b) 颗粒群能从容器侧壁孔中流出 (c) 颗粒群会从高床位流向低床位 (d) 床层内任意两点的压差等于这两点间的静压差 7、 根据下图简述竖直管道内气体-固体颗粒两相流会出现的四种流型及其特点。 （从左至右，空管气流速度v逐渐变小。） (a) 均匀流：颗粒群在气流中飞翔跳跃、悬浮输送，在管道所有截面均匀分布 (b) 疏密流：颗粒群悬浮向上输送，但在气流中呈非均匀分布 (c) 栓状流：颗粒群开始噎塞管道，形成料栓，成为不稳定的栓状流 (d) 柱状流：诸料栓聚集成料柱，气体像通过多孔介质一样流过料柱，推动料柱向上输送 8、根据下图简述水平管道内气体-固体颗粒两相流会出现的四种流型及其特点。 （从上至下，空管气流速度v逐渐变小。） (a) 均匀流：颗粒群在气流中飞翔跳跃、悬浮输送，在管道所有截面均匀分布 (b) 疏密流：颗粒群在气流中呈非均匀分布，大部分颗粒悬浮输送，管底颗粒滚动跳跃向前推进 (c) 砂丘流：颗粒开始沉降，形成波纹状的砂丘 (d) 柱状流：颗粒继续沉降，直至把管道堵塞，气体像通过多孔介质一样流过料柱，推动料柱向前输送 9、 根据下图分析固液两相管流的流区划分及其特点。 （从上至下，输送速度v逐渐变小。） 1、 在高流速下，细的和中等颗粒完全悬浮，虽然在管轴线分布不一定均匀，但是均匀的。在适当流速下，若是紊流且沉降速度低，能达到均匀的浓度分布型，且在某些情况下，接近于速度分布型，称为均匀悬浮流动模型。 2、 当流速降低时，浓度分布变形，管下部有更多的大颗粒，使底部颗粒与管壁发生冲击并弹回水流中，称为非均匀悬浮流模型。 3、 某速度下，颗粒堆积管底，先呈个别沙丘型式，然后形成连续的移动床。床层顶部颗粒移动比下部更迅速。具有中等降速的颗粒在非均匀悬浮中，最低降速颗粒在均匀悬浮中，为移动床流动模型。 4、 流速进一步降低，床层底部颗粒几乎停止运动，床层增厚，上层颗粒相互翻滚，使底层移动，形成淤积，导致有效过流断面减小，较小颗粒在床层上仍处于非均匀悬浮中，称之为固定床带有跳跃和非均匀悬浮流模型。继续降速，流动阻力激增，压力增大，直至管道发生堵塞。 五、翻译 So called “phase” is existing form for matter. Generally, there are three phases solid, liquid and gas. Mixed flow of any two or more phases infusible matter called multiphase flow. Multiphase flow is common phenomenon in nature, daily life and many project. Such as cloud, fog, rain and snow phenomenon; dirt in atmosphere, sand in river blood flow in organism; engine, burning in boiler, generate electricity, refrigerate, vaporize in distil; flow in congeal cycle, oil, mine and transportation of natural gas，matter flowed in all kinds of stove, pagoda in chemical production; mill run in mining industry, removing dirt in environment defense and so on. 所谓“相”是指物质存在的形态。通常有固、液、气三相。任何两相或两相以上不相溶物质的混合流动，统称为多相流动。多相流动是自然界、人类日常生活和许多工程中常见的流动现象。如自然界的云、雾、雨、雪现象，大气中的烟尘、水流中的泥沙、生物体内的血液流动、发动机、锅炉中的燃烧、发电、制冷和蒸馏过程中的蒸发、凝结循环系统中的流动，石油、天然气的开采和输送，化工生产中各种炉、塔中物质的流化，采矿工业中的选矿，环保工业中的除尘等等。