材料加工中的特殊流動(dòng)

1、第六章材料加工中的特殊流體流動(dòng)1第六章 材料加工中的特殊流體流動(dòng) 流動(dòng)現(xiàn)象有：熱噴涂沖天爐熔煉金屬粉末制備1、液固同時(shí)存在的兩相流動(dòng)2、液體或氣體通過(guò)填料層的流動(dòng)3、 氣固兩相流動(dòng)等 2 第一節(jié) 流體與顆粒的兩相流 一、單個(gè)顆粒在流體中的運(yùn)動(dòng)流體與顆粒接觸：金屬液精煉、氣體通過(guò)固體料柱等；流體與顆粒分離：除塵、沉淀等。 （一）顆粒在流體中的穩(wěn)定流動(dòng) 如圖所示，當(dāng)流體與浸沒(méi)其中的顆粒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，除重力、浮力外，還有阻力作用于顆粒上，此時(shí)阻力Fd可表示為： Cd無(wú)因次阻力系數(shù)；Ap顆粒在垂直于運(yùn)動(dòng)方向平面上的投影面積；b流體對(duì)顆粒的相對(duì)速度。 3 第一節(jié) 流體與顆粒的兩相流 通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)阻力系數(shù)

2、Cd是顆粒雷諾數(shù)Rep和顆粒形狀的函數(shù)。對(duì)半徑為rp 的顆粒雷諾數(shù)定義為 上圖給出了球、圓盤(pán)和圓柱形顆粒的阻力系數(shù)Cd與雷諾數(shù)Rep間的實(shí)驗(yàn)關(guān)系曲線(xiàn)，可將結(jié)果分為四個(gè)區(qū)域 ：4 第一節(jié) 流體與顆粒的兩相流 1）10-3 Rep 2x105，對(duì)球形顆粒，阻力系數(shù)突然減小到0.09，然后隨顆粒雷諾數(shù)的增加而略有增加。 6 第一節(jié) 流體與顆粒的兩相流 概念：顆粒在流體中沉降時(shí)會(huì)逐漸加速，直到引起這一運(yùn)動(dòng)的力與阻礙運(yùn)動(dòng)的阻力 相平衡為止。此時(shí)顆粒相對(duì)于流體的最高速度稱(chēng)為沉降終速t 。 上式就是沉降終速的斯托可斯公式。原教材中該表達(dá)式有誤！請(qǐng)改正。 （二）沉降終速因此可以建立如下方程：對(duì)牛頓定律區(qū)Cd=

3、0.44，因此有7 第一節(jié) 流體與顆粒的兩相流 上述公式使用的條件為1）球形固體顆粒；2）穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)；3）顆粒在靜止或在速度場(chǎng)均勻且無(wú)湍流的流體中運(yùn)動(dòng)；4）單個(gè)顆粒在遠(yuǎn)離固體表面較遠(yuǎn)的區(qū)域運(yùn)動(dòng)。5） 10-3 Rep 2，緩慢流動(dòng)區(qū)或斯托克斯定律區(qū) 例題8 第一節(jié) 流體與顆粒的兩相流 此時(shí)，要考慮顆粒間的相互影響，通常發(fā)生“干涉沉降”，使沉降速度變小。 原因：對(duì)沉降速度相對(duì)較快的大顆粒而言，流體的有效密度和粘度變大；顆粒沉降排出的流體以較大的速度運(yùn)動(dòng)，對(duì)其它顆粒的沉降有阻滯作用。 懸浮液的動(dòng)力粘度（C）與懸浮液中顆粒的體積分?jǐn)?shù)（f，%）有關(guān)： 懸浮液中顆粒的沉降速度h與沉降終速t 的關(guān)系是：h=

4、t（1-f）nn為常數(shù)，其值取決于顆粒雷諾數(shù)Rep 以及管徑D與顆粒直徑d 的比值， 二、 懸浮液中顆粒的流動(dòng)C =M（1+2.5f +10.25f2） （f 0.25）式中M 為無(wú)顆粒時(shí)基礎(chǔ)流體的動(dòng)力粘度。9 第一節(jié) 流體與顆粒的兩相流 Rep500 （牛頓定律區(qū)） ，n=2.40.2Rep500（過(guò)渡區(qū)），n 值取決于顆粒雷諾數(shù)Rep以及管徑D與顆粒直徑d的比值例題110 第二節(jié) 固體填料層內(nèi)的流動(dòng) 流體在低壓、緩慢流過(guò)多孔料層時(shí)，其體積流量qv與單位料層長(zhǎng)度的壓降p/L成正比，即 qv單位時(shí)間內(nèi)流動(dòng)的流體體積（cm3/s）；A截面積（cm2）；kD滲透系數(shù)，取決于流體、溫度和料層特性的常

5、數(shù)（m4/Ns）一般用比滲透率（= kD）更具實(shí)際意義，因僅與填料有關(guān)，其單位為m2。 達(dá)西定律可以用于研究氣體通過(guò)鑄造中的砂型逸出以及水透過(guò)濾層過(guò)濾等問(wèn)題。 一、 達(dá)西定律11第二節(jié) 固體填料層內(nèi)的流動(dòng)管束理論：把料層當(dāng)作聚在一起的具有特殊橫截面的管子，并假定1）填料分布均勻，沒(méi)有孤立的孔隙；2）流體在填料中均勻；3）料柱的直徑遠(yuǎn)大于顆粒的直徑。 根據(jù)第四章中的亥根泊肅葉公式 通過(guò)類(lèi)推法可得到 式中K1比例常數(shù)；Rh水力學(xué)半徑； 流體在料層孔隙內(nèi)的平均速度。 二、管束理論和厄?qū)‥rgun）方程 12第二節(jié) 固體填料層內(nèi)的流動(dòng)工程中通常知道表觀速度0，表觀速度定義為：0= qv /A 引入水

6、力學(xué)半徑Rh。對(duì)填料層，Rh可定義為 因此，在長(zhǎng)度L為的料層內(nèi)Rh 應(yīng)表示為 13第二節(jié) 固體填料層內(nèi)的流動(dòng) 我們注意到：AhL就是料柱內(nèi)部孔隙的體積，對(duì)上式中的分子、分母都除以料柱的的體積v，則有： 孔隙率；S單位體積填料層內(nèi)所具有的顆?？偙砻娣e，而且S=S0（1-），S0 是單位體積顆粒所具有的顆?？偙砻娣e?？紫堵实亩x為：=（料柱總體積 固體顆?？傮w積）/ 料柱總體積 將14第二節(jié) 固體填料層內(nèi)的流動(dòng) 上式是流體通過(guò)填料層流動(dòng)的壓差關(guān)系式，它適用于雷諾數(shù)較低的（層流區(qū)）范圍，此時(shí)式中的K1=1/4.2，即 :上面方程本質(zhì)上與達(dá)西方程是一樣的，此時(shí)達(dá)西方程中的KD 為15第二節(jié) 固體填料層

7、內(nèi)的流動(dòng) 在強(qiáng)制流送的體系中，流體超過(guò)某一速度后層流不再占主導(dǎo)地位。此時(shí)，流體通過(guò)填料層的情況，則用下面的修正雷諾數(shù)，即當(dāng)流體是在雷諾數(shù)2左右的情況下流動(dòng)時(shí)，不能利用布雷克庫(kù)季尼方程而需要利用下面的方程求解，即 請(qǐng)補(bǔ)充此表達(dá)式！16第二節(jié) 固體填料層內(nèi)的流動(dòng)對(duì)非球形顆粒，必須如此處理：Dp=s dp。dp是體積等效直徑，是與這一顆粒體積相同的球形顆粒直徑。教材中“體積”錯(cuò)為“統(tǒng)計(jì)”，請(qǐng)改正！s為顆粒形狀系數(shù) ，而且 s表達(dá)式為：若顆粒為球形，則 此即厄?qū)‥rgun ) 方程例題217第三節(jié) 氣液兩相流動(dòng) 基本過(guò)程：氣體噴入后即形成大量氣泡，上浮的氣泡驅(qū)動(dòng)液體隨其向上移動(dòng)，形成上升的氣泡柱，該

8、區(qū)域液體被加速，稱(chēng)為力作用區(qū)；加速的液體離開(kāi)力作用區(qū)向射流那樣噴射到其余部分，形成射流區(qū)；射流沖擊器壁或自由表面時(shí)就會(huì)折射，在器壁處再次折射向下移動(dòng)。為了加速力作用區(qū)的液體，液體必須引入到力作用區(qū)，這部分液體只有來(lái)自非射流區(qū)，這個(gè)區(qū)域稱(chēng)為回流區(qū)。容器內(nèi)的液體如此以來(lái)進(jìn)行對(duì)流循環(huán)、湍流擴(kuò)散，使容器內(nèi)的液體迅速混合。在液體中形成三個(gè)區(qū)域：力作用區(qū)(A區(qū))、射流區(qū)（B區(qū))、回流區(qū)(C區(qū))。 以氣體由底部噴入液體為例，探討其流動(dòng)特征。18例題例題6-3例題6-419第六章 小結(jié)基本概念沉降終速t：顆粒在流體中沉降時(shí)，會(huì)逐漸加速直到引起這一運(yùn)動(dòng)的力與阻礙運(yùn)動(dòng)的阻力相平衡為止，此時(shí)顆粒相對(duì)于流體所能達(dá)到的最高速度。干涉沉降：對(duì)懸浮液中顆粒流動(dòng)，要考慮顆粒間的相互影響，通常發(fā)生所謂的“干涉沉降”，使沉降速度變小。管束理論：把料層當(dāng)作聚在一起的具有特殊橫