壁面粗糙度对水平后台阶气粒两相流动影响的PDPA实验的研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 多相流 2003年学术会议 编号：036009 壁面粗糙度对水平后台阶气粒两相流动影响 的PDPA实验研究 张夏 周力行 (清华大学工程力学系，煤的清洁燃烧国家重点实验室，100084) f010—6278223 1，zhoulx@mail．tsinghua．edu．en) 摘要用相位多普勒颗粒测速仪(PDPA)测量了颗粒的平均与脉动速度，研究了壁面租糙度对水平后 台阶气粒两相流动的影响．研究结果表明，壁面粗糙度减小颗粒纵向平均速度，增大颗粒纵向和横向 脉动速度．壁面粗糙度对漉场中不同位置处颗粒运动影响的强弱不同，其中逆流区处较弱，下游处较 强．壁面粗糙度对不同粒径颗粒运动影响的强弱不同，其中对细颗粒的影响较弱且被局限在壁面附近： 对粗颓粒的影响较强且扩散到整个流场． 关键词PDPA测量，气粒两相流动，颗粒—壁面碰撞，壁面粗糙度 1 引言 在受限气粒两相流动中，颗粒的运动受颗粒一壁面碰撞的影响很大。由于摩擦和非 弹性变形，碰撞后颗粒动量将减小：壁面的粗糙度将引起碰撞后颗粒速度在各个方向上 等f4】研究了玻璃珠与不同壁面粗糙度的碰撞，结果表明颗粒反射角受到壁面粗糙度的强 p口rtiele 和相位多普勒颗粒测速仪(phase-Doppler 对气粒两相水平槽道流动的影响，发现壁面粗糙度能够显著改变颗粒与壁面碰撞后的反 弹行为，并导致颗粒的重新弥散，壁面粗糙度能够减小颗粒平均速度，增大颗粒脉动速 度。但是，到目前为止仍然缺乏壁面粗糙度对气粒两相流动整个流场和不同粒径颗粒影 响的详细研究，本文用PDPA研究了水平后台阶气粒两相流动壁面粗糙度对流场不同区 域和不同粒径的颗粒运动的影响。 2 实验系统与测量方法 实验系统如图1所示，由实验段、供风、供粉及粉末回收、测量系统构成。 实验段为水平放置的后台阶槽道，由进口段和测量段两部分组成，其中进口段部分高 满足二维条件。测量段的上壁面和一侧壁面为普通玻璃板，实验段的其它部分为A3钢 板；下壁面内侧覆盖一面光滑、另一面粗糙的毛玻璃板，翻置毛玻璃板可以改变下壁面 的粗糙度。因使用的颗粒为玻璃微珠．与玻璃同属一种材料，硬度必然接近，因此实验 结束时毛玻璃的两个表面均未出现显著磨损。实验结束后，从毛玻璃的三个不同位置取 I．计 8．激 验段16．旋风分离器17．调节阀18．风机 圈1后台阶两相流动实验系统 5P．120+PC表面形貌测量系统扫描其 样，并用TALOR-HOBSON公司制造的Talysmf 粗糙面的粗糙度。三份取样的表面形貌结构如图2所示，粗糙度特征如表l所示．对照 可见，S2和S3取样比较具有代表性，将这两个样品的数据合并处理，可以得到如图3 和640nma的四个断面上。各测量面每隔2mm布置一个测点，每点取样时间限3分钟， 样本限30000个，实验中大部分测点都能取到设定的样本数。 考虑到供粉方便，供风系统采用负压方式，即在管路系统末端由风机抽吸形成负压。 系统上游装有D型管测速计测定流量，旋风分离器出口与风机之间装有阀门控制流量。 2％以内)，雷诺数为17309。 供粉采用绞笼给粉器，通过变频器输出频率的调整可以控制供粉量。实验中颗粒质 量载荷为013，但限于绞笼特性，供粉不完全均匀。粉末在D型管测速计与实验段之间 由负压吸入。粉末回收系统为旋风分离器，回收粉末后的空气直接排空。实验中使用的 这两种颗粒在640nnn测量面的槽道下部、中部和上部三个代表性测点的粒径分布如图 4所示，颗粒的其它性质如表2所示。 测量系统采用清华大学煤的清洁燃烧国家重点实验室引进的丹麦DANTEC公司制