流速比对颗粒在液固两相平板混合层中沉降的影响.docx

1、弟21卷第5期工程热物理学报Vul.21.No.5200U年9月JOURNALOFENGINEERINGTHERMOPHYSICSSep.2000流速比对颗粒在液固两相平板混合层$沉降的影响周欣王赫阳王希麟张会强郭印诚林文漪-0聂清华大学工程力学系、北京1UU084I摘要轻文采用流动显示的方法外平饭混金信中_LF层流体速度比对固体颗的在混合层中沉降的影响进行了研究.实验中分别采用校径1、于40“m,粒径98H)4"m、粒径154】加“m的玻璃微珠以及环氧树脂作为固相顿粒、对这些颗粒在速度比分别为L：L2,L2和1:2.8的液相混济层中的运动进行了显示.结果表明混合层中大涡结构对固体颗

2、检的枫降H有迟滞作用、其作用程度取决于混含层中上下层流体速度比，速度比越大.颗赴的W璧挡慢s刁关键词混舍层;液固两物流;龌显示中图分类寥诙59文靛标识码:入一文章31X(2000)0-0587-034文献标识码，AL.T水箱2.阀门3.尾段4.实笠段5.收缩段6.松定段7.隔板8.上水箱9.溢流板10.蜂窝器】.阀门】2水泵13唏网图1实验系统示意图1-AZ-.刖混合层流动中存在大尺度涡结构，这些大尺度涡结构在混合层流动的动量、能量和质量输运中占主导地位UT)c同时，这些大尺度涡结构的产生、发展与相互作用对横粒在其中的运动有着强烈的影响卜引，月前，两相混合层流动的研究主要集中在气体一颗粒，气体

3、一液滴和液体一气泡方面、而有关固体颗粒在液相混合层流动中运动特征方面的研究目前还未见报道出现.本文采用流动显示的方法对液相平板混合层中上下层流体速度比对固体颗粒在混合层中沉降的影响进行了研究.研究结果表明，液相混合层中大涡结构对混合层中颗粒的沉降具有迟滞作用，且速度比越大，迟滞作用越明显：2实验装置实验系统如图1所示，它主要由上水箱，下水箱，稳定段，收缩段，实验段，尾段，隔板，端网，蜂窝器，水泵和阀门等部分组成。隔板将上水箱分为上层水流水箱与下层水流水箱，上下层水流速度分别由上下层水流水箱的溢流板高度及出口阀门调节控制。稳定段、三维收缩段及与它们相连的筛网和蜂窝器，用以破碎大涡，减小湍流度与稳

4、定流场,尾部出口前装有筛网与阀门以减小出口扰动对实验段流动的影响，保持试验段液面的高度恒定,收稿日期：1999-06-23;修订日期：2000-01-05基金项目；国家自岭科学基金资助项目INo19<i7202S»作者简介：冏欣(1974T、男，迁宁首口市足硕土研究生，主要从事两相流动实验丽坦的研究.1：再热物理7-报21卷实验段如图2所术，阳板厚5nun.隔板尾缘成尖劈状，隔板中心距底面5cm、实验段为20U2-120cni由透明有机玻璃制成的散口槽道，实验中采用40MW氮氛激光器通过柱面镜形成的片光，沿水槽流向中心线垂直照射谈验段流场显示固相颗粒.用摄像机记录动态过程.通过

5、图象卡将图象数字化后输入计算机.用Pl1333微机处理取出典型流态图片°3实验结果本文实验中的三种工况是：上下两层流速比分别为1；1.2,1:2以及128,液相介质为水，试验段水位保持在11cm高、用南京水科院研制的智能测速仪标定平均流场。分别采用粒径范围S40/zm、6574以及粒径98104/zm,比重为2400kg/m3的玻璃微珠和环氧树脂作为固相颗*虹用细导管在即隔板尾缘5cm的流向位置、将配好浓度的固相颗粒与水的混合液体水平注入试验段，4结论与讨论图3(a)-(c)至图6(a)-(c)分别是粒径范围为40/zm,98104,151160m的玻璃微珠以及环氧倒脂颗粒在流速比分

6、别为1:2以及128情况下颗粒的运动图像，可以看出、粒径范围为.40Mm和6574“m的玻璃微珠基本迫随大涡运动，三种流速比情况下，均无法穿透大涡、在实验区内无沉降发生，检径98-104的玻璃供珠在流速比为1：1.2的情况下，一边随大涡运动，边沉降，基本可以穿透大涡、但在流速比为1：2以及128的情况下，在实验区内无沉降现象发生，环氧树脂在三种流速比情况下，均能够穿透大涡结构，但随流速比的增加，穿透的趋势被减弱.从这些现象中可以得出结论，混合层中大涡结构的存在叶固体颗粒在混？层中的沉降有着明显的退滞作用，此迟滞作用的大小取决于混合层中上下层流体的速度比，速度比越大，大涡结构的强度越大，迟滞作用

7、越显著，|a流睡比为1:1.2流梗比为1澎(流速比为1:2.8图3代役41”侦料粒企仆同流速比情况下的显示结果|a流睡比为1:1.2流梗比为1澎(流速比为1:2.8图3代役41”侦料粒企仆同流速比情况下的显示结果fa流速匕为1；L3(b)海速此为(c流速比为】:2.8图4粒径55-74pm颗粒在下间淹速比情况下的显如纶果5勒周欣等：流理比寸魏粒在爆固两扣5F板混古层中?瓦降的作响589(a)流速比t)1:12Ibl流速bLXj1-2心流理比为1.2KW3粒径盹10m飘椅在仆同流速比情况下的显示绐果0於速比为1:1.2tbj流速rL为1：2图6环卜同诫速比陆况下的：am结里1«）流速比

8、为参考文献1BrownGL.RoshkoA.OnDcnailyEtfccisendl.aigeStrudurc?in3>ibuk-ntMixingLayr-n>bJournalofFluidMechanicJ974.64：773-bH>WinanlCDBrowandFK.VortexPairmg.theMerhauisrnofTurbulentMixing-LayerGrowthat.ModerateReynoldsNumberJournalofFluidMechanics1974,63237-25J*2 WruFKaniahiN,ChungJN,ri"Lf'

9、;arr.j*；lpI)>spersiGnbyVortexScruclunifiuPJaiicMixiugL%iyers.JournalufFluidsEngineering,1992.114(4i657-066LouginueEK,E泌5iJKStructureufaPartiklv-LidmRuiudJet.JournalofFluidMecJiamcs,1992,236：217-257THEEFFECTOFVELOCITYRATIOONTHEPARTICLESEDIMENTATIONINLIQUID-SOLIDTWOPHASEPLANEMIXINGLAYERZHOUXinWANGH

10、eyangWANGXilinZHANGHuiqiangG«)YinrlicnLINWenyi(Departmen.ofEngineenugAfo.-/ianp*s.(.luivnhy9Bciptxg100084GhiualAbstractTheefFcctsofvelocityratiooffrees1reamscmtheparticlesediinentaGutihiliquid-solidtwophaseplanemixingLayerarcuntiedbyflowvisualiziuionmethod.Theglasssphereswiththreediameterranges

11、(lessthan40pm,98101/zmand15416Um)andepoxypartirloareusedassolidpbaerespcitively.Ihemotjuiiofthesesolidphaseparticlesarevisualizedinmixinglayerswithvolncil.>,ratio1:1.2,1:2and1:2.8、respectively.Thevisualizationshowthatthelargevortexsi-ructurcscounteractthesedinienlationufparticlesinmixine,layer.Theintensityofconnieracr.ionisdetermine