两相流答案(终极版)

1、两相流理论学习思考题一、 填空题1、按状态划分，流态化可分为 散式流态化 、 聚式流态化（鼓泡流态化） 、 三相流态化 三种。2、气固颗粒系统中，非正常流态化主要有 腾涌 、 沟流 、 分层 、 气泡过大 。3、传热的动因是存 温度差 ，传质的动因是 物质浓度不均匀 。传热有 热传导、热对流 、 热辐射 三种基本形式。4、流化床中的传热可分为 低温对流 和 沸腾高温传热 两种情形，后者又包括 对流 和 辐射 两类。5、气固流化床床层与容器壁面或其它埋设传热表面间的传热由 、 、 三部分组 。6、外力场流态化系统有 振动流态化 、 磁场流态化 、 搅拌流态化 等。（电场流态化、脉动流态化、离心力

2、场流态化）7、气体分布器的主要类型有 直孔式分布板 、 弧形分布板 、 填充式分布板 、 喷嘴与泡帽型分布板 、管式分布器、无分布板的旋流式喷嘴 等。8、 分布板的压降 和 开孔率 是设计布风板时主要确定的参数。9、布风板的临界压降指 能使流体均匀分布，并具有良好稳定性的最小压降 。10、流化床的主要测量参数有 床层密度、 气泡 、固体颗粒流量、 压力等。11、气固流化床的压力和压降通常用 U型管压力计 来测量，需在压力计插口配置 过滤器 ，以防止粉尘进入。12、当振动周期 小于形成一个完整气泡所需时间 时，振动流化床可以最大限度地抑制破碎气泡的生成。二、 简述和论述题1、 两相流类型及主要研

3、究方法。两相流类型：通常根据构成系统的相态分为气液系、液液系、液固系、气固系等。气相和液相可以以连续相形式出现，如气体-液膜系统；也可以以离散的形式出现,如气泡-液体系统，液滴-气体系统。固相通常以颗粒或团块的形式处于两相流中。研究方法：大量理论工作采用的是两类简化模型：均相模型。将两相介质看成是一种混合得非常均匀的混合物，假定处理单相流动的概念和方法仍然适用于两相流，但须对它的物理性质及传递性质作合理的假定；分相模型。认为单相流的概念和方法可分别用于两相系统的各个相，同时考虑两相之间的相互作用。两种模型的应用都还存在不少困难，但在计算技术发展的推动下颇有进展。2、传热的三种基本形式，各自的特

4、点及关系。（1）热传导Ø 必须有温差Ø 物体直接接触Ø 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量Ø 不发生宏观的相对位移（2）热对流Ø 对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基本传热方式。Ø 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程；Ø 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差。（3）热辐射Ø 不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在真空中就可以传递能量。Ø 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能 电磁波能 物体热力学能。Ø 无论温度高低，物体都

5、在不停地相互发射电磁波能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量;总的结果是热由高温传到低温物体。3、颗粒的特征参数。4、简述颗粒或颗粒群的主要物理特性及现象。密度。 固体物料的密度是固体物料在密实状态下，单位体积所具有的质量，以符号p。表示。在物理单位制中，密度的单位为克/厘米3。 重度。 固体物料的重度是固体物料在密实状态下单位体积所具有的重量，以符号表示。在物理单位制中，重度的单位为达因厘米3。因此，密度与重度在物理意义上及数值上都是不同的。根据牛顿第二定律可建立重度与密度的关系，即 在一般工程上，常采用工程单位制，其中，“力”的单位以“克”（或千克、

6、吨）来表示，这时重度的单位为克（力）厘米3，因为质量为1克的物体所受的重力恰好等于1克（即980达因），所以工程制中的重度与物理单位制中的密度具有相同的数值。国际单位制重度的单位为（牛顿米3）。 比重。 颗粒物料的比重是固体物料的重量与同体积纯水的重量比，它是一个无因次的物理量。但是要注意它们与重度的物理概念是不相同的。 颗粒（群）的其他特性，包括黏附与团聚、传热特性、电性质、 声学特性、 光学现象等。5、不同雷诺数的圆球形物体的阻力计算。对于圆球性物体来说通常按介质的绕流特性及物体后部的流动形态，可分为三种不同的阻力公式：A 层流 b 过渡流 c. 紊流(1) 在层流情况下（Re<l）

7、仅计算了摩擦阻力、而忽略了惯性力的基础上，由斯托克斯导出的直线定律的圆球形物体的阻力公式R (2) 在层流转变为紊流的过渡区情况下（Re =25500），考虑了压差阻力与摩擦阻力同时起作用的阿连的经验公式为(3) 在紊流区（Re=500104），仅仅考虑了压差阻力和惯性力，而忽略了粘性力的阻力平方定律，得到牛顿一雷廷格公式式中：C为阻力系数、取C=0.50.44; A为圆球的最大截面面积。 6、气固流化床中气体与单颗粒及粒群间的传热过程。（百度的一篇论文上的，不确定对不对）7、影响流化床床层与壁面间传热的主要因素。 (1)流化介质和固体颗粒的物理性质，包括固体颗粒的尺寸、密度、比热、导热系统，

8、介质的密度、粘度、比热、导热系数等; (2)流化工况，包括固体颗粒浓度、流化风速等: (3)床层与受热面的布置形式与几何尺寸: (4)床层与传热面壁面温度等8、简述流化床床层与壁面间的“膜控制传热机理”。9、简述流化床床层与壁面间的“固体颗粒传热+边界层传导机理”。10、造成流化床不稳定性的原因有哪两类？各与哪些因素有关？11、结合聚式流化床的缺点，简述在流化床中设置内构件的作用。12、颗粒流体两相流系统中颗粒与流体的相互作用13、简述临界流态化速度的实验确定方法。(结合图示）14、根据Murray模型，描述气泡形状及其周围气体和颗粒的流型。15、简述磁场流化床（MFB）具有较好稳定性的三大原

9、因。16、经典流态化类型的两种常用判别法。17、从工艺、结构、操作等方面，分析影响颗粒流态化质量的因素。（1）颗粒特性颗粒特性包括粒径及其分布、密度、形状、流动性等。（2）流化介质的性质与速度 流化介质的密度和粘度都影响流化质量，都是温度的函数，还与压力有关。对于流化介质的速度，是随床型、工艺、颗粒特性来决定的。（3）床体结构 床体结构对流态化质量也有显著影响。首先，气体分布器对流态化质量影响极为显著，它是流态化质量好坏的源头。其次，流化床高及高径比越大，流化质量就越差，同一高径比条件下，床径越大，流化质量就越差。18、结合图示，分析低压降分布板形成的流化床压降的不稳定性。19、气固颗粒系统的

10、流态化过程，并指出各阶段的特点。i. 流态化过程：在床中装有一定量的固体颗粒物料，流体从床底给人，通过分布板及颗粒床层向上流动。当流体通过颗粒床层时，由于流体与颗粒表面摩擦，流体对颗粒产生一种作用力即曳力。显然，这种曳力随流速的增加而增大，使颗粒倾向振动和运动，同时颗粒由于自身的重力惯性作用，又有保护其静止的属性，流体通过床层摩擦阻力表现流体压力损失，即压降，流态化现象。ii. 气流经空气室、布风器均匀地通过堆积固体微粒的床层。当气流速度不断增高时，床层将经历三个阶段，即固定床阶段、流化床阶段和输送床阶段。 固定床：当气流速度较小时，作用于床层颗粒的力不足以使它松动，床层颗粒保持初始自然堆积状

11、态。这时气流通过颗粒的间隙到达上界面。在这个阶段床层对气流的阻力基本是不变的，随着流速的增加，床层的压降 P ( 即床层对气流的阻力 ) 随着增大，它们之间基本上呈线性关系。在固定床阶段，床层高度保持初始高度 H0 ，床层空隙率也保持初始自然堆积状态时的 0 ，此时床层不具有流动性。 流化床：当气流速度达到某一数值时，床层颗粒开始松动、松散。在小气泡的裹携和夹带下，颗粒在流体介质浮力作用下湍动升浮，达到上界面时，气泡破裂，物料靠重力下沉，随后又被气泡携带升浮。这时床层呈沸腾状态。这样就形成了固体颗粒的流态化。这个起始流化的气速称临界流态化速度，这一点是固定床阶段转入流化床阶段的临界点。颗粒达到

12、流态化时的床层称为流化床。在这个阶段，床层有明显的上界面，床高增至 H 。由于在流化床阶段床层松散，故随着气流速度的增大，床层压降变化不大，基本保持稳定，床高也基本稳定。 输送床：当气流速度大至某个数值，足以使固体颗粒逸出时，即形成气力输送状态。由于颗粒被带出，床层消失，因而床层压降急剧降低以至消失。对应床层阻力开始消失的气流速度称为临界带出速度或流态化消失速度。气固流化床的两相流理论。20、气固流化床的两相流理论。（重点）(1)由固体颗粒和气体组成的连续相，又叫乳化相或密相，固体颗粒均匀地悬浮于气流中，相密度等于临界流化状态时的数值，即:=mf，密相中的气流速度等于临界流态化速度。密相中颗粒

13、有两种运动状态，一是宏观定向循环运动，即返混;二是微观类似于布朗运动的随机运动，这两种运动状态同时存在。密相中气体运动较为复杂，但主要是向上及向下两种运动状态，向上的速度等于Umf由于气体的扩散、下流颗粒的夹带及气体在颗粒上的吸附，使部分气体又向下运动，当床层处于定常状态时，上流量及下流量大体是恒定的;当气速较大(如流化数N>6)时，下流气量超过上流气量，导致整个密相中气体的流动是向下占主导，此时气流主要以气泡形式通过床层，密相中的气量只占极少部分。(2)以气泡状态出现的非连续相，又叫气泡相。气泡相中通常不含或很少含有固体颗粒仅含0.2%一l%的颗粒)，空隙率。接近于，气泡相的速度高于U

14、mf(3)进人床层的气体流量若高于临界流化状态所需的气流量时，多余部分皆以气泡形式流经床层。21、 快速流态化的形成过程及其特点。1）快速流态化技术，是一种表观气速数倍乃至数十倍于颗粒终端速度Ut情况下的操作过程。同时，由于速度过高面伴有大量的颗粒夹带及顺粒循环。所谓快速流态化就是当气体通过流化床密相表面i时，床中颗粒会被气体夹带至稀相空间，随着气体速度增大;夹带愈益显著，床层界面已很难分辨。当速度进一步加大到某一值时，、颗粒被气体从床中大量带出，夹带量可达饱和容量。此时为维持正常操作必须向床内补充颖粒、且要求补人颗粒量与带出量相当。此时在高气速下形成二种不同于传统密相流化床豹无气泡存在的密相

15、状态，即快速流态化。2）快速流态化有以下特点：用于快速流态化操作的固体颗粒一般粒度较细(特殊情况除外)、平均粒径在1OOum以下，操作气速较高，可达到颗粒自由沉降速度Ut的5-15倍;操作气速很高，固体的夹带量很大，然而由于颗粒返回床层的再循环量也很大，因而床层仍可保持较高的床密度;快速流态化床中不存在鼓泡床中的定形气泡，因为沿整个横截面床密度分布均匀，气相返混小或不返混，并且气-固接触良好，因此可严格控制反应时间，是快速加工过程中较理想的操作状态。22、散式流态化的主要特点，聚式流态化散式化的主要方法。(1)在散式流化床中，颗粒与颗粒之间已脱离相互接触，颗粒间充满流化介质(在气一固流化中为气

16、体)，形成颗粒悬浮状态。 (2)流化介质气体在颗粒间隙中流动，并无聚集状态，具有平稳的床层界面。 (3)空隙率随气体的表观速度增加而增加，床层压降为定值。  (4)流态化后的流化床层具有某些流体的性能特征，如易于流动，充满容器等流体性能。对于一定的固相颗粒，设法改变和提高流化介质的密度，随着流化介质密度的增加（逐步接近颗粒的密度），气固流化床类型由典型的聚式流态化过渡转变为散式流态化。23、流态化技术的发展历史，以及各阶段的主要特点。总体可以分为两个发展阶段：一是1970年以前，以起泡现象为主要特征的鼓泡流态化及液固流态化。二是近30年，以颗粒团集为主要

17、特征的快速流态化，及气固流态化的散式化，气液固三相流态化，外力场下的流态化。从研究方法及途径可以分为以下方面:(1)流化速度由低速向高速的发展：工程应用更倾向在越来越高的流速下操作，如湍动流态化、快速流态化等。随着流体通过设备速度的增加，流固之间的相对速度随之增加，使床内保持有效高的粉体浓度，改善流体与粉体之间的传热和传质。 (2)流化颗粒由大粒径向小粒径方向的发展：不同粒径的颗粒在流态化操作时表现出的行为有很大的差异，颗粒粒径的减小可以使单位质量的固相具有更为发达的表面，优化加工性能，改善催化反应效果。(3)流化介质的性质向广谱性发展：人们希望对不同流化介质下的流态化行为有一个系统的认识，今

18、年还出现气液固三相流态化和超临界流态化等方向。 (4)流态化设备结构影响的研究向多方位发展。24、聚式(鼓泡)流化床的流体力学主要特性。 在气固流化床中，气体和颗粒在床内的混合是不均匀的，同一时刻床层各部位的密度不同，同一部位颗粒密度随时间变化。固体颗粒与气体组成的密相中颗粒同时存在两种运动状态，一是宏观定向循环运动，即返混；二是微观类似于布朗运动的随机运动。密相中主要是向上及向下两种运动状态，向上的速度等于临界流态化速度Umf。由于气体的扩散、下流颗粒的夹带及气体在颗粒上的吸附，使部分气体又向下运动，当床层处于定常状态时，上流量及下流量大体是恒定的；当气速较大时，下流气量超过上流气量，导致整个密相中气体的流动是向下占主导，此时气流主要以气泡形式通过床层，密相中的气量只占极少部分。25、试述离心力场中液固沉降分离原理。在告诉旋转的离心立场作用下，利用固液两相的密度差，加快固相的沉降速度，从而实现固液分离。离心沉降是利用了固液两相的密度差，在离心力的作用下使得固体向离心场的外围运动并聚集，固液两相混合物围绕某一种轴做圆周运动时，