兩相流答案(終極版)

1、兩相流理論學(xué)習(xí)思考題一、 填空題1、按狀態(tài)劃分，流態(tài)化可分為 散式流態(tài)化 、 聚式流態(tài)化（鼓泡流態(tài)化） 、 三相流態(tài)化 三種。2、氣固顆粒系統(tǒng)中，非正常流態(tài)化主要有 騰涌 、 溝流 、 分層 、 氣泡過(guò)大 。3、傳熱的動(dòng)因是存 溫度差 ，傳質(zhì)的動(dòng)因是 物質(zhì)濃度不均勻 。傳熱有 熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流 、 熱輻射 三種基本形式。4、流化床中的傳熱可分為 低溫對(duì)流 和 沸騰高溫傳熱 兩種情形，后者又包括 對(duì)流 和 輻射 兩類(lèi)。5、氣固流化床床層與容器壁面或其它埋設(shè)傳熱表面間的傳熱由 、 、 三部分組 。6、外力場(chǎng)流態(tài)化系統(tǒng)有 振動(dòng)流態(tài)化 、 磁場(chǎng)流態(tài)化 、 攪拌流態(tài)化 等。（電場(chǎng)流態(tài)化、脈動(dòng)流態(tài)化、離心力

2、場(chǎng)流態(tài)化）7、氣體分布器的主要類(lèi)型有 直孔式分布板 、 弧形分布板 、 填充式分布板 、 噴嘴與泡帽型分布板 、管式分布器、無(wú)分布板的旋流式噴嘴 等。8、 分布板的壓降 和 開(kāi)孔率 是設(shè)計(jì)布風(fēng)板時(shí)主要確定的參數(shù)。9、布風(fēng)板的臨界壓降指 能使流體均勻分布，并具有良好穩(wěn)定性的最小壓降 。10、流化床的主要測(cè)量參數(shù)有 床層密度、 氣泡 、固體顆粒流量、 壓力等。11、氣固流化床的壓力和壓降通常用 U型管壓力計(jì) 來(lái)測(cè)量，需在壓力計(jì)插口配置 過(guò)濾器 ，以防止粉塵進(jìn)入。12、當(dāng)振動(dòng)周期 小于形成一個(gè)完整氣泡所需時(shí)間 時(shí)，振動(dòng)流化床可以最大限度地抑制破碎氣泡的生成。二、 簡(jiǎn)述和論述題1、 兩相流類(lèi)型及主要研

3、究方法。兩相流類(lèi)型：通常根據(jù)構(gòu)成系統(tǒng)的相態(tài)分為氣液系、液液系、液固系、氣固系等。氣相和液相可以以連續(xù)相形式出現(xiàn)，如氣體-液膜系統(tǒng)；也可以以離散的形式出現(xiàn),如氣泡-液體系統(tǒng)，液滴-氣體系統(tǒng)。固相通常以顆粒或團(tuán)塊的形式處于兩相流中。研究方法：大量理論工作采用的是兩類(lèi)簡(jiǎn)化模型：均相模型。將兩相介質(zhì)看成是一種混合得非常均勻的混合物，假定處理單相流動(dòng)的概念和方法仍然適用于兩相流，但須對(duì)它的物理性質(zhì)及傳遞性質(zhì)作合理的假定；分相模型。認(rèn)為單相流的概念和方法可分別用于兩相系統(tǒng)的各個(gè)相，同時(shí)考慮兩相之間的相互作用。兩種模型的應(yīng)用都還存在不少困難，但在計(jì)算技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下頗有進(jìn)展。2、傳熱的三種基本形式，各自的特

4、點(diǎn)及關(guān)系。（1）熱傳導(dǎo)Ø 必須有溫差Ø 物體直接接觸Ø 依靠分子、原子及自由電子等微觀(guān)粒子熱運(yùn)動(dòng)而傳遞熱量Ø 不發(fā)生宏觀(guān)的相對(duì)位移（2）熱對(duì)流Ø 對(duì)流換熱與熱對(duì)流不同，既有熱對(duì)流，也有導(dǎo)熱；不是基本傳熱方式。Ø 導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過(guò)程；Ø 必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀(guān)運(yùn)動(dòng)；也必須有溫差。（3）熱輻射Ø 不需要冷熱物體的直接接觸；即：不需要介質(zhì)的存在，在真空中就可以傳遞能量。Ø 在輻射換熱過(guò)程中伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換 物體熱力學(xué)能 電磁波能 物體熱力學(xué)能。Ø 無(wú)論溫度高低，物體都

5、在不停地相互發(fā)射電磁波能、相互輻射能量；高溫物體輻射給低溫物體的能量大于低溫物體輻射給高溫物體的能量;總的結(jié)果是熱由高溫傳到低溫物體。3、顆粒的特征參數(shù)。4、簡(jiǎn)述顆?；蝾w粒群的主要物理特性及現(xiàn)象。密度。 固體物料的密度是固體物料在密實(shí)狀態(tài)下，單位體積所具有的質(zhì)量，以符號(hào)p。表示。在物理單位制中，密度的單位為克/厘米3。 重度。 固體物料的重度是固體物料在密實(shí)狀態(tài)下單位體積所具有的重量，以符號(hào)表示。在物理單位制中，重度的單位為達(dá)因厘米3。因此，密度與重度在物理意義上及數(shù)值上都是不同的。根據(jù)牛頓第二定律可建立重度與密度的關(guān)系，即 在一般工程上，常采用工程單位制，其中，“力”的單位以“克”（或千克、

6、噸）來(lái)表示，這時(shí)重度的單位為克（力）厘米3，因?yàn)橘|(zhì)量為1克的物體所受的重力恰好等于1克（即980達(dá)因），所以工程制中的重度與物理單位制中的密度具有相同的數(shù)值。國(guó)際單位制重度的單位為（牛頓米3）。 比重。 顆粒物料的比重是固體物料的重量與同體積純水的重量比，它是一個(gè)無(wú)因次的物理量。但是要注意它們與重度的物理概念是不相同的。 顆粒（群）的其他特性，包括黏附與團(tuán)聚、傳熱特性、電性質(zhì)、 聲學(xué)特性、 光學(xué)現(xiàn)象等。5、不同雷諾數(shù)的圓球形物體的阻力計(jì)算。對(duì)于圓球性物體來(lái)說(shuō)通常按介質(zhì)的繞流特性及物體后部的流動(dòng)形態(tài)，可分為三種不同的阻力公式：A 層流 b 過(guò)渡流 c. 紊流(1) 在層流情況下（Re<l）

7、僅計(jì)算了摩擦阻力、而忽略了慣性力的基礎(chǔ)上，由斯托克斯導(dǎo)出的直線(xiàn)定律的圓球形物體的阻力公式R (2) 在層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鞯倪^(guò)渡區(qū)情況下（Re =25500），考慮了壓差阻力與摩擦阻力同時(shí)起作用的阿連的經(jīng)驗(yàn)公式為(3) 在紊流區(qū)（Re=500104），僅僅考慮了壓差阻力和慣性力，而忽略了粘性力的阻力平方定律，得到牛頓一雷廷格公式式中：C為阻力系數(shù)、取C=0.50.44; A為圓球的最大截面面積。 6、氣固流化床中氣體與單顆粒及粒群間的傳熱過(guò)程。（百度的一篇論文上的，不確定對(duì)不對(duì)）7、影響流化床床層與壁面間傳熱的主要因素。 (1)流化介質(zhì)和固體顆粒的物理性質(zhì)，包括固體顆粒的尺寸、密度、比熱、導(dǎo)熱系統(tǒng)，

8、介質(zhì)的密度、粘度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)等; (2)流化工況，包括固體顆粒濃度、流化風(fēng)速等: (3)床層與受熱面的布置形式與幾何尺寸: (4)床層與傳熱面壁面溫度等8、簡(jiǎn)述流化床床層與壁面間的“膜控制傳熱機(jī)理”。9、簡(jiǎn)述流化床床層與壁面間的“固體顆粒傳熱+邊界層傳導(dǎo)機(jī)理”。10、造成流化床不穩(wěn)定性的原因有哪兩類(lèi)？各與哪些因素有關(guān)？11、結(jié)合聚式流化床的缺點(diǎn)，簡(jiǎn)述在流化床中設(shè)置內(nèi)構(gòu)件的作用。12、顆粒流體兩相流系統(tǒng)中顆粒與流體的相互作用13、簡(jiǎn)述臨界流態(tài)化速度的實(shí)驗(yàn)確定方法。(結(jié)合圖示）14、根據(jù)Murray模型，描述氣泡形狀及其周?chē)鷼怏w和顆粒的流型。15、簡(jiǎn)述磁場(chǎng)流化床（MFB）具有較好穩(wěn)定性的三大原

9、因。16、經(jīng)典流態(tài)化類(lèi)型的兩種常用判別法。17、從工藝、結(jié)構(gòu)、操作等方面，分析影響顆粒流態(tài)化質(zhì)量的因素。（1）顆粒特性顆粒特性包括粒徑及其分布、密度、形狀、流動(dòng)性等。（2）流化介質(zhì)的性質(zhì)與速度 流化介質(zhì)的密度和粘度都影響流化質(zhì)量，都是溫度的函數(shù)，還與壓力有關(guān)。對(duì)于流化介質(zhì)的速度，是隨床型、工藝、顆粒特性來(lái)決定的。（3）床體結(jié)構(gòu) 床體結(jié)構(gòu)對(duì)流態(tài)化質(zhì)量也有顯著影響。首先，氣體分布器對(duì)流態(tài)化質(zhì)量影響極為顯著，它是流態(tài)化質(zhì)量好壞的源頭。其次，流化床高及高徑比越大，流化質(zhì)量就越差，同一高徑比條件下，床徑越大，流化質(zhì)量就越差。18、結(jié)合圖示，分析低壓降分布板形成的流化床壓降的不穩(wěn)定性。19、氣固顆粒系統(tǒng)的

10、流態(tài)化過(guò)程，并指出各階段的特點(diǎn)。i. 流態(tài)化過(guò)程：在床中裝有一定量的固體顆粒物料，流體從床底給人，通過(guò)分布板及顆粒床層向上流動(dòng)。當(dāng)流體通過(guò)顆粒床層時(shí)，由于流體與顆粒表面摩擦，流體對(duì)顆粒產(chǎn)生一種作用力即曳力。顯然，這種曳力隨流速的增加而增大，使顆粒傾向振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)，同時(shí)顆粒由于自身的重力慣性作用，又有保護(hù)其靜止的屬性，流體通過(guò)床層摩擦阻力表現(xiàn)流體壓力損失，即壓降，流態(tài)化現(xiàn)象。ii. 氣流經(jīng)空氣室、布風(fēng)器均勻地通過(guò)堆積固體微粒的床層。當(dāng)氣流速度不斷增高時(shí)，床層將經(jīng)歷三個(gè)階段，即固定床階段、流化床階段和輸送床階段。 固定床：當(dāng)氣流速度較小時(shí)，作用于床層顆粒的力不足以使它松動(dòng)，床層顆粒保持初始自然堆積狀

11、態(tài)。這時(shí)氣流通過(guò)顆粒的間隙到達(dá)上界面。在這個(gè)階段床層對(duì)氣流的阻力基本是不變的，隨著流速的增加，床層的壓降 P ( 即床層對(duì)氣流的阻力 ) 隨著增大，它們之間基本上呈線(xiàn)性關(guān)系。在固定床階段，床層高度保持初始高度 H0 ，床層空隙率也保持初始自然堆積狀態(tài)時(shí)的 0 ，此時(shí)床層不具有流動(dòng)性。 流化床：當(dāng)氣流速度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，床層顆粒開(kāi)始松動(dòng)、松散。在小氣泡的裹攜和夾帶下，顆粒在流體介質(zhì)浮力作用下湍動(dòng)升浮，達(dá)到上界面時(shí)，氣泡破裂，物料靠重力下沉，隨后又被氣泡攜帶升浮。這時(shí)床層呈沸騰狀態(tài)。這樣就形成了固體顆粒的流態(tài)化。這個(gè)起始流化的氣速稱(chēng)臨界流態(tài)化速度，這一點(diǎn)是固定床階段轉(zhuǎn)入流化床階段的臨界點(diǎn)。顆粒達(dá)到

12、流態(tài)化時(shí)的床層稱(chēng)為流化床。在這個(gè)階段，床層有明顯的上界面，床高增至 H 。由于在流化床階段床層松散，故隨著氣流速度的增大，床層壓降變化不大，基本保持穩(wěn)定，床高也基本穩(wěn)定。 輸送床：當(dāng)氣流速度大至某個(gè)數(shù)值，足以使固體顆粒逸出時(shí)，即形成氣力輸送狀態(tài)。由于顆粒被帶出，床層消失，因而床層壓降急劇降低以至消失。對(duì)應(yīng)床層阻力開(kāi)始消失的氣流速度稱(chēng)為臨界帶出速度或流態(tài)化消失速度。氣固流化床的兩相流理論。20、氣固流化床的兩相流理論。（重點(diǎn)）(1)由固體顆粒和氣體組成的連續(xù)相，又叫乳化相或密相，固體顆粒均勻地懸浮于氣流中，相密度等于臨界流化狀態(tài)時(shí)的數(shù)值，即:=mf，密相中的氣流速度等于臨界流態(tài)化速度。密相中顆粒

13、有兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，一是宏觀(guān)定向循環(huán)運(yùn)動(dòng)，即返混;二是微觀(guān)類(lèi)似于布朗運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，這兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)同時(shí)存在。密相中氣體運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜，但主要是向上及向下兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，向上的速度等于Umf由于氣體的擴(kuò)散、下流顆粒的夾帶及氣體在顆粒上的吸附，使部分氣體又向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)床層處于定常狀態(tài)時(shí)，上流量及下流量大體是恒定的;當(dāng)氣速較大(如流化數(shù)N>6)時(shí)，下流氣量超過(guò)上流氣量，導(dǎo)致整個(gè)密相中氣體的流動(dòng)是向下占主導(dǎo)，此時(shí)氣流主要以氣泡形式通過(guò)床層，密相中的氣量只占極少部分。(2)以氣泡狀態(tài)出現(xiàn)的非連續(xù)相，又叫氣泡相。氣泡相中通常不含或很少含有固體顆粒僅含0.2%一l%的顆粒)，空隙率。接近于，氣泡相的速度高于U

14、mf(3)進(jìn)人床層的氣體流量若高于臨界流化狀態(tài)所需的氣流量時(shí)，多余部分皆以氣泡形式流經(jīng)床層。21、 快速流態(tài)化的形成過(guò)程及其特點(diǎn)。1）快速流態(tài)化技術(shù)，是一種表觀(guān)氣速數(shù)倍乃至數(shù)十倍于顆粒終端速度Ut情況下的操作過(guò)程。同時(shí)，由于速度過(guò)高面伴有大量的顆粒夾帶及順粒循環(huán)。所謂快速流態(tài)化就是當(dāng)氣體通過(guò)流化床密相表面i時(shí)，床中顆粒會(huì)被氣體夾帶至稀相空間，隨著氣體速度增大;夾帶愈益顯著，床層界面已很難分辨。當(dāng)速度進(jìn)一步加大到某一值時(shí)，、顆粒被氣體從床中大量帶出，夾帶量可達(dá)飽和容量。此時(shí)為維持正常操作必須向床內(nèi)補(bǔ)充穎粒、且要求補(bǔ)人顆粒量與帶出量相當(dāng)。此時(shí)在高氣速下形成二種不同于傳統(tǒng)密相流化床豹無(wú)氣泡存在的密相

15、狀態(tài)，即快速流態(tài)化。2）快速流態(tài)化有以下特點(diǎn)：用于快速流態(tài)化操作的固體顆粒一般粒度較細(xì)(特殊情況除外)、平均粒徑在1OOum以下，操作氣速較高，可達(dá)到顆粒自由沉降速度Ut的5-15倍;操作氣速很高，固體的夾帶量很大，然而由于顆粒返回床層的再循環(huán)量也很大，因而床層仍可保持較高的床密度;快速流態(tài)化床中不存在鼓泡床中的定形氣泡，因?yàn)檠卣麄€(gè)橫截面床密度分布均勻，氣相返混小或不返混，并且氣-固接觸良好，因此可嚴(yán)格控制反應(yīng)時(shí)間，是快速加工過(guò)程中較理想的操作狀態(tài)。22、散式流態(tài)化的主要特點(diǎn)，聚式流態(tài)化散式化的主要方法。(1)在散式流化床中，顆粒與顆粒之間已脫離相互接觸，顆粒間充滿(mǎn)流化介質(zhì)(在氣一固流化中為氣

16、體)，形成顆粒懸浮狀態(tài)。 (2)流化介質(zhì)氣體在顆粒間隙中流動(dòng)，并無(wú)聚集狀態(tài)，具有平穩(wěn)的床層界面。 (3)空隙率隨氣體的表觀(guān)速度增加而增加，床層壓降為定值。  (4)流態(tài)化后的流化床層具有某些流體的性能特征，如易于流動(dòng)，充滿(mǎn)容器等流體性能。對(duì)于一定的固相顆粒，設(shè)法改變和提高流化介質(zhì)的密度，隨著流化介質(zhì)密度的增加（逐步接近顆粒的密度），氣固流化床類(lèi)型由典型的聚式流態(tài)化過(guò)渡轉(zhuǎn)變?yōu)樯⑹搅鲬B(tài)化。23、流態(tài)化技術(shù)的發(fā)展歷史，以及各階段的主要特點(diǎn)?？傮w可以分為兩個(gè)發(fā)展階段：一是1970年以前，以起泡現(xiàn)象為主要特征的鼓泡流態(tài)化及液固流態(tài)化。二是近30年，以顆粒團(tuán)集為主要

17、特征的快速流態(tài)化，及氣固流態(tài)化的散式化，氣液固三相流態(tài)化，外力場(chǎng)下的流態(tài)化。從研究方法及途徑可以分為以下方面:(1)流化速度由低速向高速的發(fā)展：工程應(yīng)用更傾向在越來(lái)越高的流速下操作，如湍動(dòng)流態(tài)化、快速流態(tài)化等。隨著流體通過(guò)設(shè)備速度的增加，流固之間的相對(duì)速度隨之增加，使床內(nèi)保持有效高的粉體濃度，改善流體與粉體之間的傳熱和傳質(zhì)。 (2)流化顆粒由大粒徑向小粒徑方向的發(fā)展：不同粒徑的顆粒在流態(tài)化操作時(shí)表現(xiàn)出的行為有很大的差異，顆粒粒徑的減小可以使單位質(zhì)量的固相具有更為發(fā)達(dá)的表面，優(yōu)化加工性能，改善催化反應(yīng)效果。(3)流化介質(zhì)的性質(zhì)向廣譜性發(fā)展：人們希望對(duì)不同流化介質(zhì)下的流態(tài)化行為有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，今

18、年還出現(xiàn)氣液固三相流態(tài)化和超臨界流態(tài)化等方向。 (4)流態(tài)化設(shè)備結(jié)構(gòu)影響的研究向多方位發(fā)展。24、聚式(鼓泡)流化床的流體力學(xué)主要特性。 在氣固流化床中，氣體和顆粒在床內(nèi)的混合是不均勻的，同一時(shí)刻床層各部位的密度不同，同一部位顆粒密度隨時(shí)間變化。固體顆粒與氣體組成的密相中顆粒同時(shí)存在兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，一是宏觀(guān)定向循環(huán)運(yùn)動(dòng)，即返混；二是微觀(guān)類(lèi)似于布朗運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。密相中主要是向上及向下兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，向上的速度等于臨界流態(tài)化速度Umf。由于氣體的擴(kuò)散、下流顆粒的夾帶及氣體在顆粒上的吸附，使部分氣體又向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)床層處于定常狀態(tài)時(shí)，上流量及下流量大體是恒定的；當(dāng)氣速較大時(shí)，下流氣量超過(guò)上流氣量，導(dǎo)致整個(gè)密相中氣體的流動(dòng)是向下占主導(dǎo)，此時(shí)氣流主要以氣泡形式通過(guò)床層，密相中的氣量只占極少部分。25、試述離心力場(chǎng)中液固沉降分離原理。在告訴旋轉(zhuǎn)的離心立場(chǎng)作用下，利用固液兩相的密度差，加快固相的沉降速度，從而實(shí)現(xiàn)固液分離。離心沉降是利用了固液兩相的密度差，在離心力的作用下使得固體向離心場(chǎng)的外圍運(yùn)動(dòng)并聚集，固液兩相混合物圍繞某一種軸做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，