[发明专利]一种基于重力差的非球形颗粒曳力系数测量的装置和方法

说明书

本发明属于物理实验设备技术领域，尤其涉及一种基于重力差的非球形颗粒曳力系数测量的装置和方法。该装置包括圆柱筒体、布风板、固定系统、测量系统和空气供给系统，所述圆柱筒体为顶端敞口、底端封闭的圆柱体结构；所述布风板包括第一布风板和第二布风板，所述第一布风板覆盖在圆柱桶体的顶端，所述第二布风板在圆柱筒体的底端上方平行设置；所述固定系统用于固定待测颗粒，并为待测颗粒提供拉力；所述测量系统用于测定所述固定系统对待测颗粒提供的拉力；所述空气供给系统用于向圆柱筒体内提供用于检测待测颗粒曳力系数的气流。本发明提供一种结构简单、操作方便、成本低、易于维护的任意角度和雷诺数下非球形颗粒曳力系数测量的装置和方法。

技术领域

本发明属于物理实验设备技术领域，尤其涉及一种基于重力差的非球形颗粒曳力系数测量的装置和方法。

背景技术

稠密气固系统广泛存在于生物质、固体废弃物流化床和化学反应过程中，在这些系统中，绝大部分情况下颗粒的形状都是非球形。流动结构方面，非球形颗粒独特的几何形状在颗粒-颗粒和颗粒-流体相互作用中都引入了比球形颗粒更多的不确定性。与球形颗粒相比，非球形颗粒在气流场中所受到的曳力具有显著的差异，如何采用统一的数理模型描述非球形颗粒受力和运动等一系列问题至今未完全解决。

在实际中，很难用统一的表达式表征曳力，通常将曳力的计算归结为曳力系数的计算。为了准确描述曳力系数，曳力系数的关联式中必须要能描述各因素对两相动量的影响。这些因素包括雷诺数和流体流动方向与颗粒轴向方向的倾角。

目前，比较通用的获得曳力系数的试验手段是采用静止液体内的颗粒自由沉降法。这是一种基于牛顿运动定律，使颗粒依靠自身重力在流体中做自由沉降的测试方式。当颗粒在流场中所受重力、浮力和曳力实现三力平衡，从而计算出曳力，再推导出曳力系数的方法。另一种有效的方法是基于流态化的测试方法，通过向上运动的流体将颗粒吹起来，同样当颗粒在流场中所受重力、浮力和曳力实现三力平衡，位置保持稳定后计算出曳力。

现有的曳力系数测量装置大都是在忽略流体流动方向与颗粒轴向方向倾角的条件下测定的。然而，在实际生产工艺过程中，深入考虑倾角对准确计算曳力系数是必不可少的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、操作方便、成本低、易于维护的任意角度和雷诺数下非球形颗粒曳力系数测量的装置和方法。

(二)技术方案

本发明提供一种基于重力差的非球形颗粒曳力系数测量的装置，该装置包括圆柱筒体(9)、布风板、固定系统、测量系统和空气供给系统，所述圆柱筒体(9)为顶端敞口、底端封闭的圆柱体结构；

所述布风板包括第一布风板(10)和第二布风板(14)，所述第一布风板(10)覆盖在圆柱桶体(9)的顶端，所述第二布风板(14)在圆柱筒体(9)的底端上方平行设置；

所述固定系统用于固定待测颗粒，并为待测颗粒提供拉力；

所述测量系统用于测定所述固定系统对待测颗粒提供的拉力；

所述空气供给系统用于向圆柱筒体(9)内提供用于检测待测颗粒曳力系数的气流。

进一步地，所述固定系统包括第一细线(13)、第二细线(12)和第三细线(11)，所述第一细线(13)、第二细线(12)的一端分别与第二布风板(14)、第一布风板(10)连接，第一细线(13)、第二细线(12)的另一端均用于与测待颗粒连接。

进一步地，所述测量系统包括小块，所述小块与所述第三细线(11)的一端连接，第三细线(11)的另一端用于与测待颗粒连接，所述小块通过所述第三细线(11)向测待颗粒提供拉力。