提升管内颗粒的微观运动行为

由激光多普勒测速仪获得了提升管中颗粒速度的瞬时信号，分析了提升管中颗粒的微观运动特征。研究表明，局部位置上颗粒速度概率密度分布为双峰形式，两峰分别对应于稀相中的颗粒与密相颗粒团，可用正态分布函数描述其双峰，并由此获得稀相中的颗粒及密相颗粒团的速度和两相的相含率。稀相中的颗粒及密相颗粒团的速度沿径向的分布为中心高、边壁低，且床中心区以稀相为主导，边壁区则被颗粒团所控制。提升管两相的微观运动特征及其分布造成了提升管内固含率及颗粒速度径向分布的不均匀宏观现象。     

循环流化床内颗粒团运动的研究模型

颗粒团运动是循环流化床中气固两相流动的重要特征之一。本文描述了一种循环流化床内颗粒团运动的研究模型,给出了该模型中颗粒团的基本概念及其相关的物理模型与数学模型,对单颗粒及颗粒团的碰撞、破碎、粘附等过程对颗粒团运动的影响进行了初步的理论研究及数值假定,提出了基于轨道模型上的用于研究颗粒团运动的数值计算方法及计算过程,为全面研究颗粒团现象奠定了基础。     

气固循环流化床提升管颗粒速度和浓度的测量技术

介绍了气固循环流化床提升管中颗粒速度、颗粒浓度的常用测量技术,较全面地比较了各种方法的优缺点,仅供循环流态化领域研究人员参考。     

散体颗粒在滚筒内运动特性的实验研究与数值模拟

通过实验方法研究了不同转速下丝状散体颗粒在滚筒内的运动状态,并采用烟丝作为实验材料,测量其在滚筒内的停留时间.实验结果表明:滚筒烘丝机转速越大,颗粒在抄板的提升作用下运动越剧烈,做圆周运动的时间越少,从而导致颗粒在滚筒内的总停留时间越短.在该实验基础上利用"虚拟颗粒团"方法对滚筒内散体颗粒的运动过程进行数值建模,得到的模拟结果与实验数据吻合较好.因此,采用此数学模型模拟不同滚筒倾角条件下丝状颗粒在滚筒内的运动过程,模拟结果显示:滚筒倾角越大,丝状散体颗粒在抄板和滚筒壁面的综合作用下,纵向运动时间越少,颗粒在滚筒内停留时间越短.     

壁面约束对提升管内细长颗粒浓度分布的影响

基于欧拉一拉格朗日方法,并根据刚体动力学理论及经典流体力学理论,建立了细长颗粒流化运动三维模型.模型中考虑了细长颗粒与壁面三维碰撞问题.基于此模型,并根据实际的结构及运行参数,对细长颗粒在流化床的浓度分布特性进行了数值实验.研究表明,如果不加入惰性物料,细长颗粒无法自身在提升管内形成明显的悬浮段和密相区,也不会在密相区形成明显的双向流动;细长颗粒在流化运动过程中伴有一定的迁移现象,颗粒由四周慢慢向中心移动;壁面附近区域的细长颗粒的浓度分布受流化风速影响明显,这也可能与壁面约束效应有关.     

跃移颗粒单步运动的统计规律

采用三维粒子示踪测速技术,通过分别变化示踪粒子的粒径、密度以及水力比降等条件,观测了6种不同水沙条件下推移质颗粒的单步运动,并对大量粒子的运动规律进行统计分析.观测结果表明,颗粒单步步长以及跳跃高度均随水流速度增大而增大,随颗粒粒径和密度增大而减小.统计规律表明,跃移颗粒单步步长的概率密度服从Γ分布,颗粒起跃段步长与总步长之比接近一个常数.     

压力作用下油品蜡晶颗粒微观特征

压力会影响管输油品宏观流动特性,但其对内部微观颗粒的作用机制尚不明晰.自主研制带压显微冷热平台,实现0～5 MPa压力范围内油品中蜡晶颗粒的微观结构可视化;制备特殊结构的载玻片,保证油膜铺展厚度一致,最大限度地降低油膜厚度对光学显微测试结果的影响.利用氮气控制体系压力,分别测试恒温加压与恒压降温过 程中油品蜡晶颗粒数量...     

宾汉流体与颗粒间的密相两相湍流研究

参照密相液固两相湍流方程，并考虑到宾汉流体的本构关系，建立了描述汉流体与颗粒间的两相湍流流动的控制方程，编制了计算程序，为数值计算奠定了理论基础，采用IPSAR（Inter Phase Slip Algorithm Revised）算法，对直圆管内的宾汉流体与颗粒间的两相湍流流动进行了数值计算研究。结果表明：在直圆管中，颗粒相的速度分布比较均匀，且其在壁面处高于宾汉流体，随着屈服应力的增加，两相主流速度均减小，同时宾汉流体动能有减小的趋势，而颗粒相体和浓度则呈现出增加的趋势，因此宾汉流体的了应力及对其湍流流动有重要的影响。     

微观力学的无规则运动分析

微观力学是一门与现实生活联系密切的学科.微观力学研究的重要对象之一,就是无规则运动现象.无规则运动,是指微观的颗粒由于受到液体或气体内部分子微粒的作用,受力失去平衡时的运动形态.无规划运动是微观力学中一种特殊的运动方式,是分子运动的表现形式之一.分析无规则运动的相关规律,能使我们更好地认识无规则运动,加深对微观力学理论的理解.     

双模态颗粒声凝并微观行为的数值模拟

考虑颗粒间多种相互作用机理及颗粒碰撞后的凝并与反弹机制，建立声凝并微观动力学模型，对大粒径外加颗粒及两个邻近的亚微米细颗粒之间的声凝并微观行为进行数值模拟研究。结果表明，双模态颗粒声凝并行为主要表现为外加颗粒仅与一个细颗粒发生凝并，以及外加颗粒先后与两个细颗粒发生凝并，声尾流效应、重力沉降作用是双模态颗粒声凝并的重要机理。随着外加颗粒初始位置与波节间距的增大，外加颗粒与较近细颗粒的平均凝并时间变化很小，两者形成的团聚体与较远细颗粒的平均凝并时间显著缩短；外加颗粒距离波节很近时，其仍能与较近的细颗粒发生凝并。对于外加颗粒与较近细颗粒以及两者形成的团聚体与较远细颗粒的凝并，随着外加颗粒直径的增加，平均凝并时间显著缩短，凝并概率先增加而后趋于恒定。     

低浓度固液两相流中的粗颗粒浓度分布

基于低浓度固液两相流的动理学分析所导出的颗粒相基本方程 ,在二维恒定均匀流的条件下 ,探讨了颗粒相浓度的垂向分布规律。通过模化粗颗粒垂向所受外力 ,得到了颗粒脉动能在均匀、线性和指数分布假设下的粗颗粒浓度公式。这些粗颗粒公式可以在一定条件下转化为基于扩散理论的传统公式 ,并与粗颗粒实验资料符合很好。传统公式在描述粗颗粒浓度分布上存在不足 ,并从动理学角度分析了其原因     

垂直扬矿管道堵塞条件下的水力特性

基于试验研究,探讨了不同颗粒粒径( d)、堵管高度( H)、流体平均流速( V)条件下粗颗粒在垂直扬矿管道中堵管后再起动的临界条件。研究结果表明：( a) d和H是影响单位长度压差(驻P)与V关系的2个重要参数。( b)当驻P与V呈线性关系时,垂直管道堵管后颗粒将无法实现再起动;反之,如若二者呈非线性关系,则颗粒可实现再起动。( c)基于试验结果提出的颗粒再起动时的临界流速、临界单位长度压差计算公式符合精度要求。     

突扩管道中密相两相湍流的数值研究

利用颗粒动力学理论,建立了密相两相双流体湍流模型,给出了其封闭方程组,提出了一个简单而精确的颗粒径向分布函数的计算公式,运用所建的数学模型,系统地研究了竖直向下突扩管道中气固两相湍流的流动计算发现：两相突扩的流动特性与流动突扩比、两相间密度差、颗粒大小、颗粒的平均体积分数等有因素有关;颗粒相的流动特性在某一个颗粒直径下会发生突跃,这个直径的大小是与流动突扩比及两相的密度及粘度有关的。     

小长径比组合立管内液塞长度演化规律

以气液柱状旋流分离器(GLCC)入口管之前的小长径比组合立管为对象,建立一套气液两相流试验系统,实验研究组合立管内不同位置的液塞长度统计分布规律。结果表明:液塞从水平入口段进入立管段直至排出的过程中存在液塞减速与加速现象,计算液塞长度时必须考虑。水平入口段、立管段及水平出口段的液塞长度分布均符合对数正态分布;随折算气速增大,入口段平均液塞长度先增大后减小,出口段平均液塞长度则呈减小趋势。在低折算液速下,立管段平均液塞长度随折算气速增大而减小;高折算液速时,平均液塞长度随折算气速增大先增大后减小。液塞通过整个组合立管的过程中,平均液塞长度先增大后减小。     

浓密液固两相流动的数值研究与理论分析

在ＩＰＳＡＲ算法基础上,推导了适用于考虑浓度变化影响的浓密液固两相流动数值计算的ＤＩＰＳＡＲ算法,并考虑了颗粒湍流强度梯度传输对颗粒浓度分布的影响,对竖直上升管中浓密液固两相流动分别采用ＩＰＳＡＲ和ＤＩＰＳＡＲ算法进行了数值计算和理论分析,结果表明,ＤＩＰＳＡＲ算法能更有效地预测浓密液固两相流动．     

低浓度固液两相流颗粒相本构关系的动理学分析

固液两相流的动理学理论认为固体颗粒相可用Boltzmann方程描述。从流场中的颗粒受力分析出发 ,应用动理学的 Chapman- Enskog法 ,探讨了低浓度固液两相流下的 Boltzmann方程的二阶近似解和颗粒相本构关系。结果表明 ,尽管颗粒所受相间力与两相脉动速度有关 ,但在两相脉动速度近乎无关的极限条件下 ,颗粒速度分布函数和颗粒相本构关系与快速颗粒流的相同。这样的极限条件在含粗重颗粒的两相流中可以近似实现     

石油焦燃烧器烧焦管内固体颗粒的停留时间分布实验研究

采用脉冲磷光颗粒示踪法，对一套新型内混式石油焦燃烧器烧焦管内固体颗粒的停留时间进行了实验测试，分析了烧焦管内固体颗粒的扩散特性。实验结果表明，在烧焦管轴向上距示踪剂注入位置为1．0m的截面上，不同径向位置测得的颗粒停留时间分布呈较对称的单峰分布，从烧焦管轴心向边壁靠近。其峰高差别较大。而在示踪剂注入位置以上的4．0m及9．4m截面上，不同径向位置测得的颗粒停留时间分布曲线由一个尖而高的前峰和长拖尾所组成，曲线的峰高基本一致，表明颗粒沿轴向以弥散颗粒和颗粒团的形式扩散，颗粒沿径向的混合较均匀。分别对1．0m和4．0m及以上检测距离内的颗粒扩散行为建立了径向扩散模型和轴向两组分叠加模型，模型预测的颗粒浓度值与实验值吻合较好。     

An analytical solution to Boltzmann equation of dilute granular flow with homotopy analysis method

The homotopy analysis method （HAM）, as a new mathematical tool, has been employed to solve many nonlinear problems. As a fundamental equation in non-equilibrium statistical mechanics, the Boltzmann integro-differential equation （BE） describing the movement of particles is of strong nonlinearity. In this work, HAM is preliminarily applied to dilute granular flow which is relatively simple. By choosing the Maxwell velocity distribution function as the initial solution, the concrete expression of the first-order approximate solution to BE with collision term being the BGK model is given. Furthermore it is consistent with the solution using Chapman-Enskog method but does not rely on little parameters.     

两相物质组成对泥石流固相流速特征的影响

固相颗粒流速是研究泥石流冲击力和防治结构荷载取值的关键问题。本文基于水槽模型试验,采用粒子图像测试技术提取了黏性泥石流表面固相颗粒流速,基于两相流模型探讨了浆体黏度、固相体积浓度与颗粒粒径对泥石流固相粗颗粒流速特征的影响。结果表明：泥石流龙头现象随浆体黏度与固相体积浓度增大而减弱;固液相相对运动随浆体黏度增加而减弱,大黏度与小粒径组合条件下消失;固相颗粒流速随浆体黏度与固相体积浓度呈正相关,与颗粒粒径呈负相关。两相物质组成影响固相颗粒间的摩擦力与/或碰撞力、浆体施加的粘滞阻力、拖曳力与虚拟质量力,其对流速的影响还需进一步深入研究。