下行床內(nèi)Kutta-Joukowski橫向力與顆粒濃度徑向分布

趙亞飛, 范怡平, 呂 涵, 王康松

(中國(guó)石油大學(xué)(北京) 機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院，北京 102249)

1 前 言

氣固并流下行床是當(dāng)代流態(tài)化技術(shù)中相對(duì)活躍的研究領(lǐng)域之一，與傳統(tǒng)的氣固并流上行提升管相比具有諸多優(yōu)勢(shì)[1-2]。顆粒濃度沿徑向的分布是下行床氣固兩相流動(dòng)特性的重要參數(shù)，許多研究者對(duì)此進(jìn)行了研究[3-6]。

與下行床類(lèi)似，氣固并流上行循環(huán)流化床提升管內(nèi)顆粒濃度存在更為顯著的徑向分布不均現(xiàn)象。但是對(duì)于這種不均勻結(jié)構(gòu)的成因，大多研究只是定性描述現(xiàn)象[7]，即使嘗試進(jìn)行理論解釋[8]，也并未給出有說(shuō)服力的定量分析。本文認(rèn)為，無(wú)論是下行床還是提升管，其內(nèi)顆粒濃度徑向不均勻分布顯然與顆粒(群)受到的沿徑向的某個(gè)橫向作用力(或合力)有關(guān)——正是該作用力(或合力)的存在，“阻止”了濃度梯度的擴(kuò)散。因此，有必要從顆粒(群)受力出發(fā)，為下行床徑向分布不均勻結(jié)構(gòu)的成因提出更充分的解釋。

李晨[9]在研究中計(jì)算得到固體顆粒所受到幾個(gè)力的數(shù)量級(jí)，因此本文認(rèn)為：下行床內(nèi)顆粒所受到的與流動(dòng)方向垂直的橫向力主要有熱泳力、貝賽特力、馬格努斯力和薩夫曼力。周濤等[10]發(fā)現(xiàn)溫度梯度較大時(shí)，顆粒會(huì)在熱泳力作用下發(fā)生熱泳沉積。而冷模實(shí)驗(yàn)中溫度梯度基本為零，但是顆粒濃度的徑向分布依然不均勻。因此，可以斷定熱泳力不是導(dǎo)致顆粒濃度徑向分布不均勻的主要原因。貝賽特力與固體和流體之間的相對(duì)加速度有關(guān)[11]，而顆粒的實(shí)際加減速方向往往很難預(yù)測(cè)，因此貝賽特力也不是顆粒濃度徑向分布不均勻的主要原因。……