气固颗粒两相流体力学
3. 平均粒径
颗粒群中不同颗粒粒径的平均值称为平均粒径，利用不同方法 可以得到不同含义的颗粒粒径。
长度平均粒径
Dlp
Dp f (Dp )dDp f (Dp )dDp
表面积平均粒径
DpA (
Dp2
f
(Dp
)dDp
1
)2
f (Dp )dDp
体积平均粒径
DVp (
D3p
表面积特性，能反应原系统的基本特性。该粒径又被称为颗粒索
尔特（Sauter）直径，也常用D32表示。
1
气固颗粒两相流体力学
4. 颗粒球形度 球形度表示非球形颗粒接近球形的程度，其等于体积与颗粒体
积相等的圆球表面积As与颗粒实际表面积Ap的比值。 As
Ap
10.1.2 介质含量 1. 质量含气率
通过管道的颗粒质量流量与输送气体的质量流量之比称为混合 比。
qmp p' vp A 1 p vp 1 vp qmg g' vg A g vg vg
单位管长中颗粒质量与输送气体的质量之比称为真实混合比。
'
qmp qmg
/ vp / vg
' p
g'
1
p g
1
vg vp
4
气固颗粒两相流体力学
f
(Dp
)dDp
1
)3
f (Dp )dDp
面积-长度平均粒径DpAl NhomakorabeaDp2 f (Dp )dDp Dp f (Dp )dDp
体积-面积平均粒径
DVpA
D3p f (Dp )dDp Dp2 f (Dp )dDp
在研究颗粒传质、燃烧等特性时体积-面积平均粒径具有特殊
含义，因为该平均粒径表示的颗粒群具有与原系统类似的质量和
气相占气固混合物质量的份额。
Mg Mg M Mg Mp
1 Mp Mp M Mg Mp
称为质量含固率，它们其取值在0~1之间。
2
气固颗粒两相流体力学
2. 容积含气率
气相体积占两相混合物体积的份额。
Vg Vg V Vg Vp
1 Vp Vp V Vg Vp
为容积含固率。 10.1.3 浓度、密度、混合比 1. 浓度
单位体积混合物所含气相的质量称为气相浓度。
' g
Mg V
g
单位体积混合物所含固相的质量称为气相浓度。
' p
Mp V
(1) p
3
气固颗粒两相流体力学
2. 数密度、混合物密度 单位体积混合物所含固体颗粒的数目为固相数密度。
n N /V
连续混合物的密度：
M
/V
g'
' p
g
(1)p
3. 混合比、真实混合比
颗粒开始出现运动噎塞，形成料栓，运动变为不稳定状态。
9
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气固颗粒两相流体力学
Fm mp (1 Cg / p )ap 其中C为形状因子。
10.2.6 Basset力
颗粒在气相中做变速运动，由于变速运动增加的阻力，其表达 式为：
FBa
3 2
d
2 p
(g
g
1
)2
t
1
(t t ') 2
t0
d dt
(vg
vp
)dt
'
对其气固两相流，Basset力为颗粒沉降阻力（斯托克斯阻力） 的十分之一，通常忽略其影响；但对于液固流，该力必须考虑。
FD
CD
g (vg vp )2 2
d
2 p
4
10.2.4 压力梯度力
两相流中存在压力梯度时，颗粒上压力沿其封闭表面的积分。对 于一维情况，其大小可以表示为：
Fp
d
3 p
6
p l
浮力也是压力梯度力的一种。
10.2.5 压力梯度力
当固体颗粒在气相中做加速运动时，必然带动周围气体也做 加速运动，这相当于固体颗粒施加给气相加速所需的力，于是颗 粒也受到来自气相的作用力。该力的大小为：
3. 栓状流
颗粒开始出现运动噎塞，形成料栓，运动变为不稳定状态。
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气固颗粒两相流体力学
4. 柱状流 栓状的固相颗粒聚集，形成料柱。
10.3.2 水平管道内的流型 1. 均匀流
固相在管道横截面内分布均匀，流动通畅。 2. 疏密流
重力作用显现，颗粒分布呈疏密不一分布，底部颗粒跳跃前进。 3. 沙丘流
颗粒在重力作用下开始沉降，在管道下部形成波纹状沙丘。 4. 栓状流
由逆流侧指向顺流侧方向的力，该力被称为Magnus力。
FM
g
d
3 p
(vg
vp ) / 8
10.3 气固颗粒两相流在管道内的流型
10.3.1 竖直管道内的流型
随着从管道底部进入的气相速度由高向低的变化，流型变化规律 为：
1. 均匀流
固相在管道内分布均匀。
2. 疏密流
颗粒仍向上运动，但分布不再均匀，出现疏密不一的排列。
10.2 作用在固体颗粒上的力 气固两相流问题的解决依赖于颗粒相与气相之间的动量交换，
为了很好地计算动量交换，必须对它们之间相互作用力给出描述。 10.2.1 重力
重力始终作用在颗粒上。
W mp g pVp g
10.2.2 浮力 由于固体颗粒处在气体中，也始终受着浮力的作用，根据阿基
米德定理： FB gvp g
10.2.7 Saffman升力
固体颗粒在有速度梯度的流场中运动时，颗粒两侧流速不同导致 一个由低速区指向高速区的作用力。对于低雷诺数流动区域 （Re<1）：
Fs
1.61d
2 p
(g
g
)1/
2
(vg
vp) |
dvg
/
dy |1/2
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气固颗粒两相流体力学
10.2.8 Magnus效应
固体颗粒在气相中存在旋转时，会产生一个与流动方向垂直的、
由于浮力与气相密度成正比，而重力与固相密度成正比，因此 在研究气固流通常可以忽略浮力的作用。但在研究液固流时，浮 力通常不能忽略。 10.2.3 气动力
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气固颗粒两相流体力学
当固体颗粒与气体有相对运动时，便存在着气动力。作用在颗
粒上的气动力的方向与气相与固相相对运动速度方向相反，因此
气动力有时为阻力，有时为推力。