稠密液固兩相流的相間作用與濕顆粒動理學的研究

《稠密液固兩相流的相間作用與濕顆粒動理學的研究》是依託哈爾濱工業大學，由陸慧林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：稠密液固兩相流的相間作用與濕顆粒動理學的研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陸慧林

項目摘要

本項目以高顆粒濃度液固兩相流動過程為研究對象，以水作為液相、不同直徑的球形玻璃珠為顆粒，構建液固兩相流化床實驗平台，採用CCD高速攝像儀測量液固流化床內顆粒碰撞特性，確定顆粒碰撞屬性，分析顆粒速度和脈動速度分布規律。以潤滑理論為基礎，建立濕顆粒碰撞動力學，分析潤滑作用力對顆粒碰撞中動量和能量交換和損失的影響。以稠密氣體分子運動論為基礎，採用碰撞間隔理論，建立濕顆粒動理學，分析顆粒潤濕效應對顆粒碰撞能量傳遞和耗散的影響。採用液相大渦模擬方法，研究液相湍流對顆粒脈動特性的影響。以計算格線為單元，建立分散顆粒和顆粒聚團流動耦合的穩定性條件，確定液固非均勻結構的液固曳力計算模型。由大渦模擬和濕顆粒動理學的兩相雙流體模型，研究湍流和顆粒碰撞對高顆粒濃度液固兩相流動特性的影響，分析高濃度液固兩相流動中相間作用的協調控制，為液固兩相流動、傳熱傳質過程的研究和套用奠定理論基礎。

結題摘要

本項目以流體濕顆粒兩相流為研究對象，基於氣體分子動理學，考慮流體湍流對顆粒碰撞作用的影響，建立濕顆粒動理學，獲得液固兩相流的顆粒黏度和壓力與顆粒溫度之間的關係，確定了濕顆粒碰撞過程中動量和能量的傳遞和耗散規律，實現了流體湍流與濕顆粒碰撞對流體和固相本構方程的關聯，揭示了流體湍流與濕顆粒碰撞對液固兩相流動中相間作用的協調控制規律。 採用CCD高速攝像和壓力測量液固流化床內顆粒流動和濃度分布，實測流化床內顆粒濃度和速度分布以及壓力脈動頻率變化規律。在流化床中心區域存在高顆粒速度和顆粒溫度及低顆粒濃度，統計得到液固流化床內壓力脈動主頻率為0.8-2.5Hz，隨著流化速度的增加，壓力脈動增強。 數值模擬分析了液固流化床內牛頓流體和非牛頓流體流化特性，流化床中心顆粒濃度低、壁面顆粒濃度高的非均勻分布。非牛頓流體液固流化床膨脹高度低於牛頓流體液固流化床。揭示了顆粒碰撞和流體湍流對液固流化床流體動力特性的影響。數值模擬井下環形空間鑽井液與岩屑兩相流體動力特性，分析偏心度和鑽井液流速等對岩屑運移的變化規律，獲得了偏心環內岩屑速度和濃度分布，揭示了牛頓流體和非牛頓流體湍流作用下岩屑運移規律與沉積規律。數值模擬納米顆粒兩相流動和傳熱特性，獲得微通道內流體納米顆粒傳熱係數與雷諾數之間的變化規律。 項目共發表SCI論文16篇，著作1部，發明專利3項。