高浓度液固相互作用机理及湿颗粒动理学研究

本项目以高浓度液固两相流动为研究对象，考虑湿颗粒碰撞作用，研究湿颗粒碰撞过程中动量和能量的传递和耗散规律。建立湿颗粒动理学模型，分析湿颗粒碰撞对颗粒相压力、粘度和脉动能传递系数变化的影响规律，揭示湿颗粒碰撞作用机理。建立考虑颗粒碰撞脉动作用的液相大涡模拟计算模型，分析液体湍流对颗粒脉动的变化规律。考虑液固两相非均匀流动结构中颗粒聚团对液固相间曳力的影响，以及液体粘性产生的能量耗散对输送能量的影响，建立液固相间作用模型，研究液固相间作用的机理。采用CCD高速摄像技术，研究液固流化床内颗粒脉动特性，分析颗粒碰撞对颗粒脉动的影响，揭示液固流化床内液体和颗粒湍流流动特性。推动从本质上对湿颗粒碰撞机理和液固两相流动过程的认识，为液固两相流动、传热传质特性的研究和应用奠定理论基础。

本项目针对高浓度液固两相流，考虑了液膜作用对颗粒碰撞的影响，进而对液固之间动量和能量传递的影响，通过考虑湿颗粒碰撞造成的动量和能量变化，发现湿颗粒碰撞的动量和能量传递规律。结合颗粒动力学，获得了不同浓度条件下颗粒能量传输和耗散机制。考虑液固流化床中液体与分散颗粒的作用、液体与颗粒聚团的作用，建立颗粒聚团作用的液体-颗粒两相作用力计算方法，分析颗粒非均匀流动结构对液固相间作用力的影响，研究液固动量交换的变化规律。应用考虑液固非均匀流动结构的曳力模型，模拟了提升管液固两相流动特性，得到了床内颗粒相时均浓度和速度以及脉动速度分布更接近实测结果。通过研究流化床内随St数改变的湿颗粒碰撞恢复系数，获得颗粒压力随弹性恢复系数及颗粒浓度的变化关系，发现颗粒压力分布呈现中心高两侧低且沿床高摆动分布的趋势及考虑液膜影响后颗粒碰撞的变化机制。研究发现固体颗粒浓度脉动波波型、振幅和频率在流化床内分布趋势及其随着表观液体速度的增加呈现不同指数的功率谱衰减规律。