气固两相流中颗粒形体因素影响静电产生的机理研究

This proposal aims to study the working mechanism of particle shape-volume (shape, size, surface roughness etc.) effect on the electrostatics in a gas-solid two-phase flow system using experimental method, physical modeling method and numerical modeling method. Based on the modeling of electrostatics for particles, the electrostatics in a gas-solid two-phase flow system can be evaluated for particles with multi-shape-volumes. In the end, it is suggested to develop a technology to decrease and control the electrostatics for a complicated gas-solid two-phase flow system. The work starts studying the electrostatics for a single particle taking account of its shape-volume. From face shape to volume shape, electrostatics can be physically modeled for a whole particle. Then, taking account of particle shape varying progress, electrostatics in a complicated gas-solid two-phase flow system will be evaluated. On the other hand, the working system is upgraded by measuring electrostatics of the two-phase flow, characterizing single/multiple particle motion, dispersion and integrating numerical modeling (LES, Lagrangian particle tracking methods) for studying the electrostatic effect on particles. This work will deeply discover the working mechanism of electrostatics in a gas-solid two-phase flow system, which makes significant sense to improve industrial safety.

本项目主要是运用实验测量,数学物理建模和数值模拟方法研究颗粒形体因素(形状、大小、表面粗糙度等)影响静电产生的机理，通过建立颗粒静电产生模型对含多形体颗粒的复杂气固两相流系统中静电发生进行评估，发展降低、控制工业系统中静电产生的技术。该工作首先对单体颗粒进行静电发生实验,研究"面"因素对静电产生的影响;进而针对颗粒"体"形状因素，建立基于单颗粒整体形体因素的静电发生模型。 在此基础上，结合颗粒形体变化过程研究，建立含多形体颗粒的复杂气固两相流系统中静电发生模型，此外，通过测量气固两相流中的静电发生,观测记录单/多颗粒在静电作用下的运动特征，管道中颗粒分布 ,应用大涡模拟和拉格朗日颗粒跟踪数值计算静电场作用下的颗粒运动等诸多手段，优化建立对含多形体颗粒复杂气固两相流系统静电发生评估系统。该研究有助于对类似复杂气固两相流系统中静电的发生机理有更清楚的认识, 对工业安全生产具有重要意义。

本项目主要是运用实验测量,数学物理建模和数值模拟方法研究颗粒形体因素影响静电产生的机理，通过建立颗粒静电产生模型对含多形体颗粒的复杂气固两相流系统中静电发生进行评估，发展降低、控制工业系统中静电产生的技术。该工作首先对单体颗粒进行静电发生实验,建立基于单颗粒整体形体因素的静电发生模型。 在此基础上，结合颗粒形体变化过程研究，建立含多形体颗粒的复杂气固两相流系统中静电发生模型，此外，通过测量气固两相流中的静电发生,获得颗粒在静电作用下的运动特征，管道中颗粒分布 ,应用大涡模拟和拉格朗日颗粒跟踪数值计算静电场作用下的颗粒运动等诸多手段，优化建立对含多形体颗粒复杂气固两相流系统静电发生评估系统。该研究有助于对类似复杂气固两相流系统中静电的发生机理有更清楚的认识, 对工业安全生产具有重要意义。 .经过四年工作，获得了一些重要成果。 1）首次获得颗粒表面粗糙度对颗粒静电发生的影响，建立粗糙度与湿度间的新关系理论，该理论的建立弥补了传统理论中静电随湿度增大而降低的简单关系的空白。2）获得单颗粒滑动过程中静电发生平衡状态，并建立相应理论。该理论建立为气固两相流系统中对颗粒静电发生提供了计算依据。3）获得颗粒正压力，滑行速度与形体因素对静电发生的影响。4）应用静电动力喷雾方法制备颗粒，应用自制容器实现制备静电喷雾制备有机颗粒。该研究是在已有静电研究的基础上，向应用领域发展。此外，将大涡模拟方法与颗粒轨道模型相结合，获得不同大小颗粒在不同流场中的扩散、分布、沉积、卷起的运动规律，建立了多相湍流方管内颗粒运动规律理论。 .在该基金支持下共发表期刊论文 SCI 11 篇，国际/内会议论文 35篇，专利申请2项，会议邀请/主题报告10次，其中国际会议邀请/主题报告7次。