方形颗粒的不稳定沉降过程及终端沉降速度的实验研究

摘要

为了探索非球形颗粒的两相流动特性，本文以文献报道不多的方形颗粒为对象，实验研究了其沉降特性。实验发现，与球形颗粒完全不同的是，方形颗粒的沉降过程呈现出了复杂的不稳定现象。本文详细观察了这些现象，通过分类，得到了不稳定状态图谱。采用高速照相技术得到了不同颗粒形状、尺寸和密度以及沉降液粘度条件下的终端沉降速度ut。进而将沉降速度无量纲化，可用颗粒雷诺数Rep与阿基米德数 Ar的关系加以表征，并发现二者之间明显存在线性关系。将球形颗粒的Rep数和Ar数按这个关系进行整理，发现同样具有线性关系。但不同形状的颗粒必然对应这种线性关系中的不同系数。如能找到确切表征形状的参数，则可能得到针对各种形状的统一表达式。