單粒子在流體中的受力分析

1、論文單粒子在流體中的受力分析系別：化學與材料工程系班級：無機非（2）姓名：談文鵬學號：0903032002單粒子在流體中的受力分析流體中的粒子通常會受到重力、浮力、曳力、壓力和梯度力、虛擬質(zhì)量力、Basset力、Magnus力、Saffman力、熱泳力等作用。盡管作用在粒子上的力相當復雜，但一般情況下僅需要考慮其中影響較為顯著的作用力。如在氣-固兩相流動中，由于氣體的密度通常遠小于粒子的密度，與粒子本身慣性相比，浮力、壓力梯度力、虛擬質(zhì)量力等均很小，可以忽略不計。在以上所有的兩相間的相互作用力中，曳力相對而言是最重要的力，它是兩相間的相對流動、傳熱和傳質(zhì)等起到著很十分重要的作用，不能忽略。下面

2、分析單個粒子在無界流場中所受到曳力。1.流體對運動粒子的阻力所受阻力是流體對運動粒子的粘性力和壓力的合力。靜止粒子在速度為u的均勻流體中受到的作用力等于以速度-u在靜止流體中中運動時所受的作用力。對于勻速、等溫、不可壓縮及無限大流場的實際（粘性）流體，當單粒子在流體中運動且具有相對速度（uf -up）時，由于流體的粘性，在粒子表面有一粘性附面層。粒子受到的流體阻力可表示成CDA式中連續(xù)相的密度，； 阻力系數(shù)；和分別為流體和粒子的速度，；A粒子沿相對速度方向的投影面積，也叫例子的迎風面積，。令 為基于流體速度的顆粒雷諾數(shù)，則習慣上稱1的情況為斯托克斯區(qū)，1103稱為湍流區(qū)，不同的區(qū)域內(nèi)阻力系數(shù)采

3、用不同的公式來計算。標準阻力曲線僅是是球形粒子在靜止、等溫和不可壓縮流體中做勻速運動的條件下通過實驗得到的，并沒有考慮到流體的湍流、稀薄性、可壓縮性、兩相不等溫以及離子表面的粗糙度、粒子旋度、粒子形狀、粒子尾流中的脫體漩渦的非對稱性和靜電力等因素對阻力系數(shù)的影響。2非穩(wěn)定力如果流體中的粒子處于加速運動的狀況，則流體與粒子之間的相對加速度會產(chǎn)生不穩(wěn)定的力。相對加速度產(chǎn)生的力可分成兩部分，即虛擬質(zhì)量力和Basset力。虛擬質(zhì)量力涉及加速粒子周圍的流體所需要得力。Basset力是指隨著相對速度的改變，由于滯后邊界層的存在所產(chǎn)生的力。（1） 虛擬質(zhì)量力虛擬質(zhì)量力與粒子-流體相對加速度相反，其表達式為對

4、于氣-固兩相流，由于氣體密度遠遠小于粒子密度，所以虛擬質(zhì)量力相對于慣性力來說可以忽略不計。（2） Basset力由于粒子表面的附面層不穩(wěn)定，使粒子受到一個隨時間變化的流體作用力，而且與粒子的加速歷程有關，其大小為計算表明，對于氣-固兩相流，因為氣體密度遠遠小于固體密度，因此Basset力通?？梢院雎圆挥嫞粚τ谝?固兩相流，由于密度在同一數(shù)量級上，因此必須考慮此力；對于因湍流脈動而產(chǎn)生的粒子加速運動來說，Basset力是非常重要的。3.不均勻流場對粒子的作用力由于流體速度和壓強不均勻性而作用于粒子上的力稱為不均勻流場力，包括壓強梯度力和速度梯度力。（1） 壓強梯度力在有壓強梯度的流動中，例如管內(nèi)流動時，由于粒子周圍流體局部壓力梯度的的存在，總有壓強的合力作用在粒子上，大小為利用高斯定理得設粒子容積范圍內(nèi)的壓強梯度p為常量，則粒子受到的壓強梯度力為 可見，該力的大小等于粒子的體積與壓強梯度的模的乘積，方向與壓強梯度相反。（2） 升力（速度梯度力）1、Magnus力Rubinow和Keller（1961）導出的升力適用于數(shù)量級為1的雷諾數(shù)，