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非球形颗粒曳力系数的实验研究

邓璠灏  
【摘要】:气固两相流系统在工业中应用广泛,但固相颗粒大多为非球形。目前国内外对不规则非球形颗粒气固流动的研究还处于发展阶段,其中曳力系数作为揭示颗粒与流体相互作用的核心参数是研究的关键所在。本论文通过实验的方法对不规则非球形颗粒在不同流动参数下的曳力特性进行研究。首先,搭建了测量颗粒曳力系数的实验系统。选择利用多边形性、长径比、环形度等参数描述不规则非球形颗粒的形状。利用MATLAB程序处理采集的图像,得到实验颗粒的形状特性参数、运动特性参数。利用重力加速度对实验系统进行了验证并校核。其次,分别测量了球形颗粒和规则非球形颗粒的曳力系数,经与已有经典实验结果对比,吻合良好,充分证明了目前实验系统及其测量技术的可靠性和准确性。最后,开展了不规则非球形颗粒曳力实验,研究了大雷诺数下湍流场中不规则颗粒的曳力特性,拟合提出了不规则颗粒曳力系数的计算关联式,得到了在颗粒稳定下落的情况下,颗粒形状、密度和颗粒雷诺数对部分不规则颗粒曳力系数影响的一般规律。研究结果表明:当颗粒雷诺数取值范围为2500~10000时,曳力系数随颗粒雷诺数的增加而减小。颗粒雷诺数小于4000时,曳力系数随多边形性的增加先减小后增加,颗粒雷诺数大于4000时,曳力系数随多边形性的增加而增加;随着长径比的增加,曳力系数减小;随着环形度的增加,曳力系数先增加后减小;随着颗粒密度的增加,曳力系数增加。


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