气固两相流论文气固两相流流动参数检测方法研究

基于FLUENT气固两相流的研究气固两相流是气力输送过程需要解决的关键问题，气力输送是以空气为载体在管道中输送粉尘或者固体的技术。

以水平渐扩管为载体，建立气力输送过程中气固两相流的理论模型，利用FLUENT软件对气力输送过程进行模拟分析，分别从速度场、压力场等方面进行分析。

通过模拟得出，水平渐扩管可以把速度能转化成压力能，能有效减小气力输送过程中固体颗粒对输送管道的磨损，提高管道的使用寿命。

标签：气力输送；FLUENT；两相流；低气压0 前言气力输送是以空气为载体在管道中输送粉尘或者固体的技术，气力输送系统是一种以高压罗茨风机或回转式风机为压气设备，以气锁阀为供料设备的输送系统。

气力输送技术因其具有输送效率高、能耗低、污染少、设备简单可靠等优点现在越来越多的用在发电、食品加工、化工等领域。

气力输送过程中，压力沿着管道是逐渐降低，这会使得空气膨胀，气体与固体的相对速度增大，导致气固两相对管道的撞击和磨损加剧，输送距离越长，磨损越严重，在管路系统中安装一个扩张型的管道能有效的缓解这个问题。

王琨等人用试验的方法得出了在水平渐扩管气固输送能力与固气比、扩散角、管径比等因素有关。

李勇等人对试验进行了改进，得出了管路系统安装一个渐扩的管道能有效缓解气固在运行中的磨损问题。

衣华等人通过对渐扩管的研究发现渐扩管能使得气流速度减低，把气体速度能转变成压力能，从而减小气固对管路的磨损。

可以看出，对气力研究管路的研究目前已经取得了很大的成就，但大部分人仅仅集中在试验研究这块，很少有人从理论和模拟的角度对其机理进行分析。

本文利用FLUENT软件对气固两相流在水平扩散管中的流场、压力场规律进行分析。

1 模型建立1.1 物理模型建立渐扩前后两管段管径分别由d 与D表示，其值分别为60mm和80mm；扩散角度分别为4° 6°、8°、10°、12°。

管路总长为900mm。

1.2 理论模型建立1.2.1 基本假设选择主控方程为N-S方程，为了便于计算，忽略一些对研究重点和预期没有影响或者影响很小的因素，作如下基本假设：（1）忽略气体体积力的作用；（2）介质为牛顿流体，即剪切应力与速度梯度成正比；（3）表面无滑移，即附着于界面上的流体质点的速度与界面上该点的速度相同；（4）与黏性力相比，忽略惯性力的影响，包括流体加速度的惯性力和流体膜弯曲的离心力；（5）模拟过程中，气体与固体无滑移动，即气体与固体速度一样。

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第12期·4350·化 工 进展气固两相流固相浓度与流速的测量及可视化田海军1，周云龙2，赵晓明1（1东北电力大学自动化工程学院，吉林 吉林 132012；2东北电力大学能源与动力工程学院，吉林 吉林 132012）摘要：气固两相流固相流率的测量是测试领域的难点之一，为了实现气固两相流固相浓度与流速的测量，阐述了电容层析成像的原理，搭建了气固两相流实验台，固相选用聚丙烯颗粒，气相为空气，固相依靠自身的重力流经实验装置，利用ITS 公司的M3C 电容层析成像装置对气固两相流的固相浓度、速度、质量流量进行了测试研究。

实验中的浓度测量采用图像的介电常数分布像素，速度测量选择双层结构的电容传感器，利用相关测速原理，计算上下游传感器成像像素的相关性，最后由测得的速度及浓度分布计算出质量流量，测量结果与重力传感器测量的质量流量结果进行了对比，结果具有较好的一致性，测量误差小于10%，表明利用电容层析成像系统可对气固两相流参数的测量。

关键词：成像；两相流；流动；质量流量；固相浓度；浓度；体积流量中图分类号：TP29 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）12–4350–06 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613. 2016-2459Measurement and visualization of concentration and velocity of solidphase in the gas-solid two- phase flowTIAN Haijun 1，ZHOU Yunlong 2，ZHAO Xiaoming 1（1School of Automation Engineering ，Northeast Electric Power University ，Jilin 132012，Jilin ，China ；2School of Energyand Power Engineering ，Northeast Electric Power University ，Jilin 132012，Jilin ，China ）Abstract ：Measurement of the solid phase flow rate in the gas-solid two-phase flow is one of thedifficulties in test realm. In order to realize visualization measurement of gas-solid two phase flow, the principle of electrical capacitance tomography was stated and a gas-solid two phase flow test-bed was developed. Polypropylene particles and air were selected as the solid phase and gas phase. Solid phase relied on their own gravity flow through experimental device. M3C capacitance tomography device of ITS company was used for the test and research on solid phase concentration, speed and mass flow rate in the gas-solid two phase flow. In the experiment ，concentration measurement was based on the dielectric constant distribution of the pixels about image. Capacitive sensor with double layer structure was used to measure velocity. The relevant principles of the speed measurement was used to compute the correlation between upstream and downstream of sensor imaging pixel. Finally, the mass flow was calculated by the measured velocity and concentration distributions. The mass flow measurements were compared with the results of gravity sensor. The results showed good agreement with measurement error of less than 10%. The experimental results indicated that the capacitance tomography system can be used to measure the parameters of gas-solid two phase flow. Key words ：image ；two-phase flow ；flow ；mass flow ；solid concentration ；concentration ；volume flow第一作者：田海军（1971—），男，工学硕士，高级实验师，主要从事过程检测及层析成像方面的研究工作。

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。

气固两相流模拟技术的研究及应用气固两相流模拟技术，是指模拟气体和固体颗粒同时运动的过程。

其应用场景非常广泛，比如化工制造领域中的气力输送、固体颗粒混合、喷雾干燥等过程，以及环境科学领域中的大气污染、沙尘暴等问题。

因此，气固两相流模拟技术的研究和应用具有重要的实际意义。

目前，气固两相流模拟技术主要采用计算流体力学（CFD）方法或离散元法（DEM）实现。

CFD方法主要基于对流方程，通过数值方法对流体动力学方程进行求解，得出流体的流速、压力等物理参数，以及气体与颗粒之间的相互作用力等参数。

DEM方法则主要基于颗粒运动力学原理，把物质看作是由相互作用的颗粒组成的离散体系，通过求解颗粒的受力情况，来计算颗粒之间的相互作用力、碰撞等参数。

虽然两种方法各有优缺点，但在处理气固两相流时，通常采用CFD-DEM耦合方法。

该方法主要是将CFD和DEM方法的数值模型进行耦合，实现同时对气体和颗粒的运动进行模拟，从而更加准确地模拟气固两相流动态过程。

在气固两相流模拟技术中，最关键的是气体与颗粒之间的相互作用力。

气体与颗粒之间的相互作用力可以分为两类：杆状作用力和碰撞作用力。

杆状作用力主要是指气体因速度梯度而对颗粒施加的作用力；碰撞作用力则是指颗粒之间或颗粒与壁面之间发生的碰撞，由此产生的反作用力。

在气固两相流模拟技术的应用中，最常见的是喷雾干燥领域。

喷雾干燥是指在高速气流中喷入悬浮颗粒，通过颗粒与气体的相互作用，使颗粒与气体之间的热量、质量交换，从而实现悬浮物质的干燥过程。

针对喷雾干燥的气固两相流模拟技术，通常采用CFD-DEM二元模型，考虑气固两相流的微观动力学过程，并通过模拟颗粒与气体之间的传热、传质等物理过程，来研究喷雾干燥的机理和优化干燥过程。

研究表明，采用气固两相流模拟技术可以更好地解释和深入研究喷雾干燥过程中颗粒的运动、热量传递和干燥效果等重要问题。

除了喷雾干燥领域之外，气固两相流模拟技术在环境科学领域，特别是大气环境领域也有重要的应用。

化学反应气固两相流传质传热研究进展分析气固两相流是一种重要的多相流动状态，广泛应用于化工、冶金、环境保护等领域中。

在这种流动状态下，气体相与固体相之间发生着传质与传热的过程，研究气固两相流的传质传热行为对于实现高效、节能、环保的化工过程具有重要意义。

本文将就化学反应气固两相流传质传热研究进展进行分析。

在化学反应气固两相流传质传热的研究中，研究者们主要关注以下几个方面：传质传热机理、数值模拟与实验研究、传质传热特性、传质传热过程的优化与增强。

首先，传质传热机理是研究气固两相流行为的基础。

在气固两相流中，固体颗粒上的次级蒸发、亚细胞内传质、气体颗粒的边界层传质等过程是传质传热机理的关键。

研究者们通过理论分析、模型建立和实验验证等方法，深入探究了这些机理，并提出了相应的传质传热模型。

其次，数值模拟与实验研究是研究气固两相流传质传热的重要手段。

通过数值模拟可以对气固两相流的传质传热行为进行分析和预测，为优化和设计工艺提供理论依据。

与此同时，实验研究可以验证数值模拟结果的准确性，并获取实际工艺中的传质传热数据。

这两种方法相互辅助，为气固两相流传质传热研究提供了可靠的数据支持。

第三，传质传热特性是研究气固两相流的重要内容之一。

研究者们通过实验和模拟手段研究了在不同气体流速、固体颗粒尺寸和形状、气体成分等条件下的传质传热特性。

发现了某些气固体系的传质传热特性与物料性质、流动状态等密切相关的规律，并提出了相应的数学模型来描述这种关系。

最后，传质传热的优化与增强是研究气固两相流的重要目标之一。

通过改变气体流速、固体颗粒尺寸和形状、操作条件等因素，可以提高气固两相流传质传热效率，减少能量消耗和环境污染。

研究者们利用优化理论和方法，通过模拟和实验探索了传质传热过程的优化与增强方法，并取得了一定的成果。

综上所述，化学反应气固两相流传质传热研究在很大程度上推动了化工过程的高效、节能、环保。

对于气固两相流传质传热机理的研究相信会有更深入的理解和认识，数值模拟与实验研究将会更加精确和可靠，传质传热特性的探索将会更加全面和准确，传质传热的优化与增强将会更加高效和定量。

气固两相流流动参数的检测技术付飞飞【摘要】对气固两相流流动参数检测技术的相关内容,包括基于静电传感器的检测技术、电容层析成像技术以及流型软测量技术中的信号分析方法进行了总结和评述,认为静电传感器在气固两相流颗粒速度、浓度以及流型等参数检测方面,技术相对成熟,但其灵敏度空间分布不均匀、颗粒浓度(分布)与静电量大小(分布)之间的对应关系不明确等问题严重影响其测量准确性,是目前研究的难点;电容层析成像技术可实现气固两相流流型的可视化监测,但其固有的软场特性影响了测量结果的准确性;目前基于信号分析方法的流型软测量技术避免了这一问题,多尺度信号分析方法将是提高其测量准确性的新方法.【期刊名称】《济南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(031)001【总页数】7页(P11-17)【关键词】气固两相流;流动参数检测;静电传感器;电容层析成像技术;信号分析方法【作者】付飞飞【作者单位】济南大学物理科学与技术学院,山东济南250022【正文语种】中文【中图分类】TM9多相流广泛存在于自然界和工业生产过程中，其流动参数的检测对于生产过程的优化及控制具有重要意义。

由于多相流动存在相间的界面效应和复杂多变的流型，因此，描述多相流的参数与描述单相流的参数相比，其检测难度要大得多。

另外，多相流流动机理的研究也依赖于相应的多相流检测手段，所以多相流参数检测技术在国内外都属于亟待发展的领域[1-4]。

气固两相流是多相流中最具代表性的流动形式之一，普遍存在于工业生产中使用的流化床以及气力输送管道中。

描述气固两相流流动的常用参数包括流型、颗粒速度、颗粒浓度、相分布及分相含率等，另外，气泡及颗粒的尺寸等也是描述气固两相流流动的一些参数。

目前所采用的气固两相流流动参数检测方法有多种，总体可以归结为3类，即电学法(静电法、电容法等)、光学法(空间滤波法、多普勒法、示踪法)及超声法。

随着科学技术的发展，许多新技术被应用到多相流参数检测这一领域，有力地推动了多相流参数检测技术的发展。

气固两相流动力学特性的数值模拟与实验研究气固两相流动是指在一个系统中同时存在气体和固体颗粒的流动现象。

这种流动在许多工业过程中都很常见，如煤粉燃烧、颗粒输送和流化床等。

了解气固两相流动的力学特性对于优化工艺、提高效率至关重要。

为了研究这种流动现象，数值模拟和实验研究成为了两种主要的研究方法。

数值模拟是通过建立数学模型和计算方法，对气固两相流动进行仿真和预测。

数值模拟方法可以提供详细的流场信息，如速度、压力和浓度分布等。

通过调整模型参数和边界条件，可以模拟不同工况下的气固两相流动情况。

数值模拟方法还可以用于研究流动中的细观现象，如颗粒的碰撞和聚集等。

然而，数值模拟方法也存在一些局限性。

首先，模型的准确性和可靠性取决于模型的假设和参数选择。

其次，数值计算的复杂性限制了模拟的规模和时间尺度。

因此，数值模拟方法通常需要与实验研究相结合，以验证模型的准确性和可行性。

实验研究是通过设计和进行实际的物理实验来研究气固两相流动。

实验方法可以直接观测和测量流动中的各种参数和特性。

通过改变实验条件，如气体流速、颗粒浓度和粒径等，可以研究气固两相流动的变化规律。

实验研究还可以用于验证数值模拟结果的准确性和可靠性。

然而，实验研究也存在一些问题。

首先，实验设备的建造和操作成本较高，且受到实验环境的限制。

其次，实验过程中的测量误差和不确定性会影响研究结果的可靠性。

因此，实验研究通常需要与数值模拟相结合，以综合分析和解释研究结果。

在气固两相流动力学特性的研究中，数值模拟和实验研究相辅相成。

数值模拟方法可以提供详细的流场信息和细观现象，为实验研究提供参考和指导。

实验研究可以验证数值模拟结果的准确性和可靠性，为模型的改进和优化提供实验数据。

通过数值模拟和实验研究的相互验证和比较，可以更加全面地了解气固两相流动的力学特性。

在未来的研究中，需要进一步提高数值模拟和实验研究的精度和可靠性。

对于数值模拟方法，需要改进模型的准确性和可靠性，提高计算效率和稳定性。

基于CFD的气固两相流数值模拟研究随着工业发展和机械化程度的提高，气固两相流的研究变得越来越重要。

气固两相流的运动规律和作用机理在流体力学、环境工程、化工等领域具有重要的应用价值。

而气固两相流的实验研究受限于设备条件和成本，因此数值模拟成为了研究气固两相流的重要手段之一。

基于CFD的气固两相流数值模拟研究，是对气体和固体颗粒的运动机理和相互作用规律进行模拟和研究的过程。

该领域涉及流动场、颗粒场和相互作用场等多个方面，具有较为广泛的应用场景。

1. 基于CFD的气固两相流数值模拟技术气固两相流数值模拟技术是指应用数值模拟方法，通过物理数学模型求解控制方程，模拟介质内气体和固体颗粒的运动规律和相互作用，揭示气固两相流的机理和规律的一种技术手段。

CFD对于气固两相流数值模拟的研究始于上世纪80年代，随着计算机硬件和计算技术的快速发展，气固两相流数值模拟的研究范围和深度也得到了大幅提升。

目前，基于CFD的气固两相流数值模拟技术已广泛应用于工业流动、环境污染、燃烧、化工、生物医学等领域。

2. 模型构建及数值求解方法2.1 模型构建模型构建是基于CFD的气固两相流数值模拟的重要组成部分。

在CFD程序中，气体和固体颗粒的运动分别由Navier-Stokes方程和运动方程描述。

而气固两相流的相互作用包括颗粒与气体的相互作用、颗粒之间的相互作用和气体之间的相互作用。

通过建立适当的控制方程组，根据不同的气固流体力学问题，可以对运动的介质、生成和消失以及物理外力进行全面的模拟和分析。

2.2 数值求解方法数值求解方法通常采用有限差分法、有限体积法、有限元法、边界元法、谱方法等。

其中有限差分法和有限体积法常用于求解Navier-Stokes方程、热传导方程等传输方程，而有限元法和边界元法常用于求解固体颗粒的运动方程。

此外，谱方法因其精度高，对数值粘性的限制小，也逐渐得到了广泛应用。

3. 应用场景气固两相流数值模拟技术在众多领域中有着广泛的应用，其中主要包括了以下几方面：3.1 工业流动领域工业流动领域是气固两相流数值模拟的主要应用场景之一。

气固两相流动数值模拟的研究现状随着计算机技术的不断发展，数值模拟已经成为各行各业不可或缺的一部分。

气固两相流动数值模拟也是其中一个研究热点。

本文将介绍气固两相流动数值模拟的研究现状，分别从模拟方法、数值算法和应用角度进行讨论。

一、模拟方法气固两相流动数值模拟主要有欧拉模型、拉格朗日模型和欧拉-拉格朗日混合模型三种方法。

欧拉模型是指在欧拉坐标系下求解两相流动方程，它假设两相之间没有相互作用力，只考虑了两相之间冲击和摩擦力产生的力。

由于忽略了气固两相间的相互作用，欧拉模型不能准确反映气固两相间的相互作用，但因其计算量小、模拟速度快而被广泛应用于大规模的流动。

拉格朗日模型则是指跟随着固体颗粒的轨迹对气固两相流动进行模拟。

它通过计算颗粒的运动状态来反演气相的运动状态，实用性非常强。

但由于需要对大量的棱柱单元进行大规模遍历，对数值计算能力的要求很高，且不便于进行精细的高速流动模拟。

欧拉-拉格朗日混合模型是将欧拉模型和拉格朗日模型相结合，既能考虑颗粒在气相中的运动状态，又可以有效地计算数值。

欧拉-拉格朗日混合模型是目前气固两相流动数值模拟中应用最广泛的方法。

二、数值算法气固两相流动数值模拟的数值方法主要包括离散相方法、连续相方法和混合粒子模型。

离散相方法通过计算颗粒的运动轨迹和分析颗粒间的相互作用来反演气相的运动状态。

离散相方法精度非常高，因此在多相流动领域得到广泛的应用。

但由于离散相方法在计算机内存和计算速度上要求较高，且难以处理颗粒间相互作用力的问题。

连续相方法则通过对流体的宏观流动进行建模，从而求解动量、热量和质量传输方程式。

它的计算规模和内存要求相对较小，但因为无法考虑颗粒间的相互作用力，因此在流固两相流动的模拟中应用相对较少。

混合粒子模型是墨西哥Lopez等人于1990年提出的一种基于流体-颗粒耦合的新方法。

它综合了离散相方法和连续相方法的优点，既可以考虑颗粒之间的相互作用，也可以考虑气相的宏观流动，是气固两相流动数值模拟的前沿研究方向之一。