气固两相流压降探讨计算
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气固两相流压降探讨计算气固两相流压降是指气体和固体颗粒一起流动时,在流动过程中固体颗粒对气体施加的阻力所造成的流体压力降低。
这种现象在化工、石油、冶金等领域中经常出现,研究气固两相流压降对于优化工艺参数、提高生产效率具有重要意义。
气固两相流压降的计算可以采用经验公式和数值模拟等方法。
其中经验公式是根据大量的实验数据总结出来的经验关系式,简单实用。
而数值模拟则是通过计算流体力学方程组来模拟流体流动的整个过程,能够提供较为精确的结果。
在气固两相流压降的计算中,两相之间存在着颗粒与气体的相互作用力。
主要包括静压力、浮力、颗粒间的互作用力、阻力等。
其中静压力是由于颗粒间距产生的压力差造成的;浮力是指颗粒在气体中受到的浮力,与颗粒的密度和气体的密度有关;颗粒间的互作用力是指颗粒之间的相互作用力,包括颗粒间的排斥力和吸引力;阻力是指颗粒在气体中受到的阻力。
在计算中,需要考虑颗粒与气体之间的速度变化、颗粒浓度分布、颗粒直径大小等因素。
同时,颗粒与气体之间的相互作用和流体流动特性也需要纳入考虑范围。
为了计算气固两相流压降,可以采用基本的力平衡原理。
即流体流动的总阻力等于颗粒与流体之间的阻力与颗粒的重力之和。
根据此原理,可以建立相应的数学模型进行计算。
在计算中,需要确定气体和固体颗粒的性质参数,如气体的密度、颗粒的密度、颗粒的直径等。
这些参数可以通过实验测定或者根据经验值来确定。
另外,计算气固两相流压降时,还需要考虑流体流动的速度、管道尺寸等参数。
这些参数可以通过实际工艺流程中的测量值或者根据设计要求来确定。
总的来说,气固两相流压降的计算是一个复杂的过程,需要考虑多个因素的综合影响。
通过合理的数学模型和适当的实验数据,可以准确计算出气固两相流压降,为相关工程的设计和优化提供依据。
两相流压力损失计算的数值模拟方法两相流是指在管道内同时存在着两种或多种不同的相态流体,如气体和液体、气体和气体、液体和固体等。
在实际的工业生产过程中,液体和气体混合在管道中进行输送的情况经常出现,所以对于两相流的研究尤为重要。
其中,混合流的两相流主要的研究方向是如何计算两相流中的压力损失。
本文将介绍两相流压力损失计算的数值模拟方法。
两相流中的压力损失压力损失是指流体在管道中由于摩擦阻力、重力势能损失、弯头、歧管等因素造成的能量损失所引起的压力降。
对于单相流的情况下,这个问题已经有很好的解决方法,但对于两相流的情况,这个问题就比较复杂了。
两相流中的压力损失包括以下几种类型:静止液体压力、动态液体压力、静止气体压力和动态气体压力。
其中,静止压力是液体和气体压力的平均值,动态压力则是因为液体和气体的高速流动而造成压力的变化。
压力变化的主要原因是管道内的内部流体摩擦和几何形状的变化。
目前,针对两相流中的压力损失的计算方法有很多,其中最常用的是数值模拟方法。
流体动力学数值模拟方法流体动力学数值模拟方法是针对流体运动的物理过程建立的数学模型。
其核心思想是通过数值计算来模拟流体动力学过程中的各种交互作用和现象。
在两相流中,由于存在着多个相态,所以涉及到多相流数学模型的建立。
多相流数学模型主要可以分为三种类型:欧拉-欧拉模型、欧拉-拉格朗日模型和拉格朗日-欧拉模型。
其中,最常用的是欧拉-拉格朗日模型,即控制方程和流动方程都是基于欧拉视角的,而粒子运动方程则是基于拉格朗日视角的。
基于欧拉-拉格朗日模型,可以进行两相流中压力损失的数值模拟。
其过程可以分为以下几步:1.建立数学模型。
通过欧拉-拉格朗日模型,建立两相流中的数学模型。
在建立模型时,需要考虑到多个因素,如流体的物理性质、管道的几何形状、运动状态等。
2.设定边界条件。
为了使得数值模拟结果具有一定的可靠性,需要对模型进行边界条件的设定。
边界条件通常包括入口边界条件和出口边界条件。
文章编号:1671-3559(2001)04-0296-03收稿日期:2001203202第一作者简介:男,1965年生,副教授,硕士文丘里计测量气-固两相流流量的实验和数值计算刘宗明1, 岳云龙2, 张学旭1, 赵 军1(1.济南大学材料科学与工程学院;2.济南大学科技处,山东济南 250022)摘 要:给出可用文丘里计测量气-固两相流流量的实验和数值计算的结果,发现了进口与喉口以及喉口与扩张段之间的压差灵敏度是确定载荷比和气体流量的主要参数,压降可被守恒变量和源项模型预测,并与实验值相吻合。
文丘里计有可能作为测量气-固混合物任一相流量的一种手段。
关键词:文丘里计;气-固两相流;测量;数值计算中图分类号:TK313 文献标识码:A气-固两相流的测量是两相流研究中的一个重要方面。
但通常的流量测量仪器或装置(如柯利奥里流量计、电子称重仪等)价格昂贵、操作复杂,不利于工程实验研究和应用。
为此,本文中使用文丘里计对气-固两相流流量的测量进行了实验研究,并与数值计算进行了对比,旨在探索一种简便易行、准确可靠的气-固两相流流量测量手段。
1 理论基础根据法贝(Farber )的理论[1],对于一定的气体流速,文丘里计实验段间两相流的压降(或压升)$p 仅与气流的压降$p a 和载荷比m 有关,关系式为$p /$p a =A +Bm(1)式中,A 、B 是由实验确定的常数,它们是用文丘里计测量两相流流量不可缺少的参数。
确定A 、B 是实验的重要工作。
为测两相流流量,假设选取i 和j 在文丘里计的两个实验段。
从两个实验段上测得两个压降(或压升)比$p i /$p i a 和$p j /$p j a ,根据方程(1)则有$p i /$p j =$p i /$p i a #$p j a /$p j #$p i a /$p j a =[(A i +B i m)/(A j +B j m)]#K(2)式中,K 是气体与混合物中的气体具有相同的速度时,单独通过文丘里计的两个实验段的压差比,即K =$p i a /$p j a ,实验表明K =常数。
5 气-固两相流5.1 简述5.1.1气体和固体在管道内一起的流动称为气—固两相流动(简称气—固两相流)。
气—固两相流出现在气力输送系统中。
气力输送按其被输送物料在管道中的运动状态可分为以下几类,见图5.1.1—1和图5.1.1—2所示。
5.1.1.1稀相动压气力输送在输送物料时,物料悬浮在管中并呈均匀分布,在水平管道中呈飞翔状态,空隙率很大,物料输送主要靠由较高速度在工作气体所形成的动能来实现。
气流速度通常在12m/s至40m/s之间,质量输送比(简称输送比,即被输送物料的质量流量与工作气体质量流量之比,以m表示)通常在1~5之间,对于粒料,输送比可高达15。
5.1.1.2密相动压气力输送物料在管道内已不再均匀分布,而呈密集状态,物料从气流中分离出来,但管道并未被堵塞,物料呈沙丘状,密相动压输送亦是依靠工作气体的动能来实现的。
通常密相动压输送中,气流速度在8~15m/s之间,输送比(m)在15~20之间,对于易充气的物料,输送比(m)可高达200以上。
5.1.1.3密相静压气力输送物料在管道中沉积、密集而栓塞管道,依靠工作气体的静压来推送物料,比起前两种输送方式,密相静压输送的气流速度更低,输送比(m)更高。
5.1.2设计气力输送系统时,应根据被输送物料的特性、装置的技术经济要求以及生产过程的工艺特性和工艺要求等因素,选择合适的输送方式。
要考虑温度对被输送物料的影响,同时系统中应采取消除静电和防爆措施,确保安全操作。
确定正确的输送方式后,可根据系统的允许压力降和工作气体的流量选择送风或引风设备。
5.1.3气力输送系统的压力降包括输送管道(包括管件)和附属设备,如分离器、喷嘴或吸嘴以及袋滤机等的压力降。
本章只给出管道(包括管件)压力降的计算公式,附属设备压力降的计算可参考有关制造厂的产品说明和其他的文献资料。
图5.1.1—1 水平气力输送物料运动状态5.2 计算方法5.2.1 气力输送是一门半经验半理论的学科。
下行气固两相流与管内壁间的摩擦压降漆小波;张辉;黄卫星;祝京旭;石炎福【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2007(058)007【摘要】在较宽的操作条件范围内系统测试了下行床床层压力降,获得气固两相流与管内壁间的摩擦压降,提出了下行气固两相流与管壁间摩擦压降的计算模型.结果表明,在下行床的充分发展段,气固两相流与管壁间的摩擦导致表观颗粒浓度显著小于真实颗粒浓度;当表观气速大于8 m·s-1时,气固两相流与管壁间的摩擦压降接近甚至超过气固两相流重力产生的静压降.在采用压差法测试下行床中的平均颗粒浓度时,如忽略气固两相流与管壁间的摩擦,则可能导致显著的偏差.下行气固两相流与管内壁间的摩擦压降主要来自于颗粒与管壁间的摩擦.颗粒直径对气固两相流与管壁间摩擦压降的影响随着操作气速的提高逐渐减弱.采用提出的摩擦压降模型对表观颗粒浓度进行修正后,预测值与实验值吻合较好.【总页数】6页(P1685-1690)【作者】漆小波;张辉;黄卫星;祝京旭;石炎福【作者单位】四川大学化工学院,四川,成都,610065;Western Ontario大学化工系,加拿大,伦敦,N6A 5B9;Western Ontario大学化工系,加拿大,伦敦,N6A 5B9;四川大学化工学院,四川,成都,610065;Western Ontario大学化工系,加拿大,伦敦,N6A 5B9;四川大学化工学院,四川,成都,610065【正文语种】中文【中图分类】TQ021;TQ051【相关文献】1.上行气固两相流充分发展段的摩擦压降及颗粒浓度预测 [J], 漆小波;曾涛;黄卫星;祝京旭2.下行气固两相流充分发展段的颗粒浓度 [J], 漆小波;张辉;黄卫星;祝京旭3.上行气固两相流充分发展段颗粒浓度关联及预测 [J], 漆小波;黄卫星;祝京旭;石炎福4.上行气固两相流充分发展段流动行为的相似特性 [J], 漆小波;周松锐;黄卫星;祝京旭;石炎福5.上行气固两相流充分发展段的颗粒浓度 [J], 黄卫星;石炎福;祝京旭因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
研究与开发化 工 设 计 通 讯Research and DevelopmentChemical Engineering Design Communications·125·第45卷第8期2019年8月件时,在传感器的磁场作用下,被测试件表面会根据电磁感应原理产生与此磁场相交联的涡流。
如果被测试件上存在缺陷或者物理属性变化,导体内的涡流受到影响,产生的次生磁场发生变化;使传感器内的激励磁场发生改变,也可以看做探头阻抗发生变化。
利用Foster 提出的阻抗分析法,分析探头上的阻抗变化就可以得到缺陷信息。
涡流检测可以实现高检测速度,理论上非常适合管道内检测;对识别管道内环焊缝处缺陷有着得天独厚的优势。
涡流检测具有可达性强、应用范围广、对表面缺陷检测灵敏度较高且易于实现自动检测等优点,适合于管道在线检测。
但涡流检测技术由于受趋肤效应的影响,只能检测管道表面或近表面缺陷,而对于管道深层缺陷(内腐蚀)的检测灵敏度很低。
4)射线检测技术1895年,德国物理学籍伦琴发现X 射线,同年,谬勒生产了第一个X 射线管。
4年后,申请了X 射线管的发明专利。
1912年物理学家库利际研制出新型X 射线管,称作白炽阴极射线管,不仅能够承受高管电流、高电压,而且还为X 射线工业应用奠定基础。
1980年工业CT 问世。
如今X 射线探伤广泛应用于工业的各领域。
射线检测技术的优点是可得到永久性记录,检测结果比较直观,辐照范围广,但射线检测时检测人员必须采取严格的防护措施以防止人员受到辐射。
射线检测主要是采用人工辅助的方法,观测者需要一直盯着显示器,造成眼睛疲劳,如果长期工作,对操作者的眼睛损害极大。
若出现走神的情况,稍有不慎,将造成不可预计的损失。
并且检测结果的判断往往因人而异,观察人员的经验和技术不同,最终的评定结果存在差异。
4 总结管道腐蚀穿孔造成了巨大的经济损失与安全生产威胁,对集输管道腐蚀状况进行科学的检测方法不仅可以避免因局部管道的严重腐蚀未被及时发现造成事故,而且能够对集输管道整体技术状况做出评价与鉴定,避免盲目维修更换管道造成投资浪费。
从目前国内的研究进展来看,各项技术都存在自身有待解决的缺陷,如何提高检测精度,实现高效的精确化检测仍然是管线检测领域的主要研究方向。
参考文献[1] 王霞,大口径高压输气管道清管技术研究[D].中国石油大学(华东),2009.[2] 杨寨,海上某油田海底管线的腐蚀失效原因[J].腐蚀与防护,2016(37):76-79.[3] 罗鹏,张一玲,蔡陪陪,等.长输天然气管道内腐蚀事故调查分析与对策[J].全面腐蚀控制,2010(24):16-21.1 研究的目的和意义1.1 有助于气固两相流设备的设计随着技术和工业的发展,对于各种气固两相流的设备要求越来越高,设备的多元化应用也越来越广。
气固并流下行循环流化床反应器[1]是一种新型气固超短接触反应器,具有气固分布均匀、气固接触时间短、停留时间窄等优势,其在重油的快速催化裂化、生物质和煤粉的快速裂解、热敏物料的快速干燥等过程有广泛的应用前景。
该设备内固体颗粒浓度是影响气固两相分布、传热传质行为的最重要的参数。
而压差法对于测定其固相浓度具有无语伦比的优势,而且能对流化床的操作过程进行在线监控。
该法的关键在于准备预测气固两相流的压降。
因此,气固两相流压降的计算有助于气固两相流设备设计时参数的选定。
1.2 气体输送固体流程设计的重要参数压降是气体推动固体运动的动力,对于气体管输来说,其大小直接影响了输送的能力、效率以及运行的安全性。
要摘 要:人类很早就开始利用运动的空气(即风力)来驱动物体,如风车舂米磨面,风帆船运输等。
随着科学技术和工业的发展,尤其是工业革命以来,用流动气体来输送固体得到了广泛的应用。
18世纪末和19世纪初出现了管道的气力输送,20世纪初,在美国、俄罗斯、德国和欧洲许多国家气力输送邮件得到普遍的应用。
对于气体输送固体的工艺要求越来越高,尤其是工艺设备和流程的选取、设计以及系统的操作管理的可靠性。
关键词:目的和意义;国内外研究现状;流型中图分类号:TE624.41 文献标志码:A 文章编号:1003–6490(2019)08–0125–02Calculation of Gas-solid two-Phase Flow Pressure DropLiu Qian ,He Lin-han ,Liang Shi-jia ,Hu Ya-junAbstract :Humans have long used the moving air (ie wind )to drive objects ,such as windmills ,glutinous rice ,and sailboats.With the development of science and technology and industry ,especially since the industrial revolution ,the use of flowing gas to transport solids has been widely used.At the end of the 18th century and the beginning of the 19th century ,the pneumatic transmission of pipelines appeared.In the early 20th century ,the power transmission of mail in the United States ,Russia ,Germany and many European countries was widely used.The process requirements for gas transport of solids are increasing ,especially the selection and design of process equipment and processes ,and the reliability of operational management of the system.Key words :purpose and signi ficance ;research status at home and abroad ;flow pattern 气固两相流压降探讨计算刘 谦,何林翰,梁士佳,胡亚军(塔里木油田公司油气运销部轮南储运站,新疆库尔勒 841000)收稿日期:2019–05–06作者简介: 刘谦(1988—),男,新疆库尔勒人,助理工程师,主要从事工艺设备管理工作。
研究与开发化 工 设 计 通 讯Research and DevelopmentChemical Engineering Design Communications·126·第45卷第8期2019年8月有足够的压力才能保证固体悬浮前进,而不会发生固体的沉积,堵塞管道。
这就要求在工艺流程设计时,要考虑输送距离、输送固体的设计输量、气体速度等因素,预测压降,保证输送压力始终在最低允许压力之上,从而使输送过程安全稳定高效。
因此,预测气固两相流的压降非常重要。
2 气固两相流压降计算的国内外研究现状对于气固两相流压降的预测有两种办法:一种是通过实验测定,另一种是通过理论公式计算。
实验测定比较直接,结果也比较准确,但是操作困难、费用高。
理论预测比较方便,但是由于气固两相流动的复杂性,目前还没有关于气固两相流压降计算的普遍使用公式,有许多的研究者通过大量的实验数据,总结出了在一定条件范围内的经验公式。
如黄风镰等提出的均匀流和分离流计算模型,漆小波等提出的充分发展断摩擦压降的计算,杨伦等根据能量守恒提出的压降计算方法,阿济兹等对不同流型提出的压降计算方法。
2.1 气固两相流流型在不同的固体颗粒和气速条件下,气固两相流呈现对称悬浮流、非对称悬浮流、移动床层和管道堵塞四种流动状态。
通过计算可以判断出在某一状态下的流动状况,并据此选择合适的气固两相流压降计算方法。
2.2 气固两相流压降计算在流型已知的情况下,结合各计算方法的适应范围,选择合适的计算模型和计算方法,以便预测气固两相流流动时的压降。
3 气固两相流的流型3.1 各种流型及其对应的转变速度的定义气体输送固体的过程中,气体是有一定的起始速度的,而固体通过加料槽加入气体时的速度几乎为零,固体在重力的作用下下降。
但同时刚加入的固体由于气体的摩擦而加速,经过短暂的加速后,如果固体颗粒还悬浮在气体中,达到匀速,并且在此速度下固体受到的阻力与重力正好相等,那么我们把固体的这个速度为最终速度。
为了方便讨论颗粒状固体和与之类似的固体(包括纤维状物料)在气体中的流动,采用Govier 和Charles 的专门术语[2], 并定义一些在任一给定体系中发生流型转变时的平均混合物速度。
这些定义就是:V M1——混合物流动属于对称悬浮流型的最低速度。
V M2——在V M1以下,混合物流动属于非对称悬浮流型的最低速度;实际速度低于它时,固体即在管底形成沉积。
V M3——在V M2以下和在这个速度以上时,颗粒的移动床存在于管道底部,而对于混合粒径的颗粒来说,一部分颗粒呈跃动另一部分仍呈悬浮状态;当实际速度低于它时,床层同管壁接触的部分即变为静止的。
V M4——在V M3以下和在这个速度以上时,床层较低部分是静止的,而床层中上部的颗粒呈跃动;对于混合粒径的颗粒来说,一些颗粒还可能呈悬浮状态;当实际速度低于它时,即发生管道堵塞。
以上这些转变速度的概念只能直接适用于颗粒粒径严格一致的悬浮体系,或者粒径变化范围很窄,可以认为颗粒粒径是一致的组分。
3.2 气–固相悬浮体系的转变速度V M1目前没有具体计算这个速度的公式,一般认为当横贯主流的输送颗粒的湍动加速力大大小于因重力加速度造成的沉降力时,颗粒浓度分布即发展成非对称的了。
3.3 Rose 和 Duckworth 的经验公式Rose 和Duckworth 根据他们对于在气相中悬浮的固体颗粒流动的压力梯度的详细研究,提出了一个最小输送速度的经验关系式。
他们把这一速度定义为:“在此速度下,颗粒即从悬浮状态中沉降下来并形成床层,甚至堵塞管道。
”我们把他们定义的这个速度理解为V。
计算方程式是:(3—1)式中:D 为管道直径,d 为颗粒直径,s 为固气密度比,为负荷率,固气质量流量比。
上式可经过整理后,并与牛顿定律联合,得出下式:Rose 和Duckworth 数据为基础的,但并未确定其可靠性,其适应范围无法验证。