空氣中微小固體單球非穩(wěn)態(tài)動力學(xué)特性實驗研究.pdf

1、工程應(yīng)用和環(huán)境治理領(lǐng)域中經(jīng)常涉及到納米至微米級的固體單顆粒在氣體中運動的動力學(xué)問題。但是至今為止，對于氣體中微小固體顆粒在非穩(wěn)態(tài)（加速度不為零）運動中的動力學(xué)特性的研究甚少。為此，本文實驗研究了粒徑為0.1mm-0.5mm的單體固體微球在氣體中的非穩(wěn)態(tài)運動的動力學(xué)行為。
　　本文首先設(shè)計微小球形顆粒風(fēng)洞實驗裝置，利用該裝置結(jié)合本文提出的一種實驗方法，可將固體微球在氣流中的非穩(wěn)態(tài)運動過程展示在一枚鏡頭下。得到該顆粒在靜止空氣中從開始

2、由靜止?fàn)顟B(tài)一直運動到勻速狀態(tài)的完整下落過程，得到整個過程的顆粒位移-時間和速度-時間關(guān)系的實驗數(shù)據(jù)；通過對實驗數(shù)據(jù)整理得出經(jīng)驗函數(shù)CD=f(Re)，并帶入顆粒的控制方程，求得解析解。即：顆粒的位移-時間和速度-時間理論計算公式。研究發(fā)現(xiàn)，在非穩(wěn)態(tài)過程中，該方法所得的顆粒位移和速度曲線的平均相對誤差僅為1.69％和2.22%，其精度成倍優(yōu)于前人的處理方法，并且規(guī)避了 Re和CD的盲目估值，反復(fù)試算過程。
　　然后，利用該實驗裝置，在

3、風(fēng)速0~11m/s范圍內(nèi)，分別對0.1-0.5mm玻璃珠、0.2-0.5mm焊錫珠進行非穩(wěn)態(tài)測試實驗（Re范圍為4.47-368.89）；對非穩(wěn)態(tài)運動過程中顆粒的附加質(zhì)量力和Basset力與粘性阻力的比值進行計算；對CD-Re實驗數(shù)據(jù)進行曲線擬合。研究發(fā)現(xiàn)，微小球體的附加質(zhì)量力和 Basset力與粘性阻力的比值分別為0.25%和2.2%，因此附加質(zhì)量力和Basset力可忽略不計，并且實驗結(jié)果與前人經(jīng)驗?zāi)Ｐ捅３忠恢隆?br>　　最后，對微

4、小球形顆粒在圓弧形彎道流場中非穩(wěn)態(tài)運動進行了實驗研究；對圓弧形旋流流道內(nèi)部流場進行 CFD數(shù)值仿真，并采用準(zhǔn)自由渦理論對圓弧形旋流流道內(nèi)部流場進行數(shù)學(xué)建模；將0.2mm、0.35mm和0.5mm顆粒分別在10m/s、13m/s和16m/s入口風(fēng)速的旋流場中進行非穩(wěn)態(tài)運動實驗，得到其徑向和切向方向上的位移、速度和加速度數(shù)據(jù)；建立顆粒在自由渦旋流場中運動的數(shù)學(xué)模型，用數(shù)值求解法，將實驗結(jié)果與所得理論曲線進行對比。研究發(fā)現(xiàn)，理論計算存在一定程