荷电气固两相流动管内输运过程的试验研究

摘要

基于碰撞理论和电凝并理论，荷电颗粒的输运流场直接影响了凝并流场。本文进行凝并的前期研究工作，利用试验方法研究荷电气固两相流动管内输运的流场特性，探讨细微颗粒的荷电机理和有效充电方法，使用先进流场测量技术PIV研究外加电场对颗粒流场的作用。主要研究内容如下： 1．分析荷电颗粒的受力，并比较主要作用力的数量级关系，从而简化了受力，且建立荷电颗粒运动微分方程。采用雷诺输运定理、平均原理以及高斯定理建立荷电气固两相流动体平均守恒方程组。 2．自行设计网状接触感应电极充电装置，颗粒以接触、感应方式荷电，试验所得：充电电压低于-10kV，颗粒的荷质比随充电电压的降低而增加，在-60kV时基本达到饱和荷电量，且荷质比与充电电压成非线性关系。 3．设计荷电气固两相流动试验系统，测量了荷电颗粒在输运段运动的重要参数——颗粒沉积量。试验表明随着充电电压的降低，颗粒的沉积量减小，并在靠近电极区域颗粒的沉降逐渐均匀。对比非荷电颗粒，荷电颗粒的受力中增加了电场力、颗粒间诱导电场力以及由电场脉动引起的流场脉动对颗粒的作用力，随着充电电压的降低，这几个力在输运过程中逐渐起主要作用。 4．本文首次采用PIV技术对荷电气固管内流动流场进行研究，获得不同充电工况下流动瞬态流场信息，并就流场特性随电压的改变进行分析，结果表明：随着充电电压的减小，荷电气固输运流场中速度、涡量的分布值随电压的降低而增加，湍动能的分布呈现单峰特性，在-50kV时达到最大值。

目录

文摘

英文文摘

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第一章概论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外关于气固两相流动的研究

1.2.1气固两相流动理论

1.2.2气固两相流动模型

1.3荷电气固两相流的研究状况和主要研究内容

1.3.1荷电气固两相流颗粒荷电机理与方式

1.3.2颗粒荷电量的测量方法

1.3.3荷电气固两相流动流场测量

1.4本文的主要研究内容

第二章荷电气固两相流动的控制方程

2.1荷电颗粒的受力分析以及颗粒运动方程

2.1.1荷电颗粒受力

2.1.2荷电颗粒的受力分析及量级比较

2.2控制荷电气固两相流动的主要参数

2.2.1荷电特性

2.2.2离散相体积分数

2.2.3特征时间

2.3荷电气固两相流动的控制方程

2.3.1连续相方程

2.3.2荷电离散相方程

2.4荷电气固两相流动体平均守恒方程组

2.4.1基本假设：

2.4.2荷电气固两相流动相内微观守恒方程

2.4.3体平均守恒方程组

第三章荷电气固两相流动输运段的试验研究

3.1荷电试验装置

3.1.1充电电极设计

3.1.2荷电气固两相流动试验系统

3.1.3荷电量测量装置

3.2荷质比测量结果及分析

3.2.1荷质比测量结果

3.2.2荷质比测量结果分析

3.3荷电输运沉积量的测量结果与分析

试验小结：

第四章荷电气固两相流动管内输运流场的测量与分析

4.1PIV测量技术

4.1.1PIV基本原理

4.1.2典型PIV技术的光路系统

4.1.3PIV系统的组成和主要部件

4.2PIV应用

4.2.1示踪粒子的选择

4.2.2PIV测量遵循的准则

4.3试验装置与测试系统

4.3.1选用的PIV系统主要参数

4.3.2试验装置

4.4PIV试验测试结果与分析

4.4.1颗粒输运图像

4.4.2速度、湍动能、涡量的处理方法

4.4.3试验结果与分析

4.3.4流场分析

试验小结:

第五章结束语

5.1全文总结

5.2进一步工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学位论文

致谢