气固两相流第一、二章

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1、1 气固两相流及其燃烧 西安交通大学能源与动力 工程学 院 主讲人：周屈兰 办公室：能源馆413 Email ： Tel ：82665412(O) 13571995532(M) 西安交通大学能源与动力工程学院 2 研究生教学的思路： 六项能力 ： 理论推导 实验动手 工程实践 数值计算 数据采集与自动控制 中英文写作与语言表达 五种精神 ： 独立探索 未知领域 的精神 团队合作 的精神 吃苦耐劳 的精神 勇于面对 挫折的精 神 不拘一格 解决问题 的精神 全面的 业务攻 坚能力 优秀的 社会适 应能力 西安交通大学能源与动力工程学院 3 研究生个人素质的要求： 理论推导 理论推导：分析研究对象

2、 ， 建立物理模型 ， 对应物理模型建 立数学模型 ，并使用数学工具完成数学模型体系的过程 数学模型未必是百分之百精确的 ， 但是必须可以 （ 至少是可 能）得到定量结果 ，完整描述研究对象的规律 常用的数学工具：初等数学 、 高等数学 （ 微积分学、 微分方 程求解 ） 、 线性代数（ 线性和非线性方程组求解 ） 、 解析几 何，及其他必要的数学工具 西安交通大学能源与动力工程学院 4 研究生个人素质的要求： 实验动手 实 验 动 手 ： 在 实 验 室 设 计 、 建造、 加工 、 安装 、 调试 、 运行、 测试一个模拟物理过程 （ 或模拟工业设备 ）的能力 注意我们所讨论的实验能力与中

3、学和本科阶段实验能力的差 异：不仅仅是在一套现成的实验装置上使用现成的测量设备 进行测量 。 经常被忽视的环节：场地的选取 、 物资的采购 、 加工安装的 要求、 工作周期的控制 西安交通大学能源与动力工程学院 5 研究生个人素质的要求： 工程实践 工程实践：设计工业设备 ， 并到工程现场完成设备测试 、 诊 断、调试 、 运行、改造的能力 工 业 设 备 的 设 计 ， 必 须 完 全 考 虑 用 户 的 需 求 和 具 体 操 作 能 力 。 工程实践过程 ， 非常注重安全性和经济性 ， 同时对工作时间 有严格的要求 工程实践还与社会 、市场紧密相关 西安交通大学能源与动力工程学院 6 研

4、究生个人素质的要求： 数值计算 数值计算：使用编程语言或者商用软件 ， 求解物理问题的数 学模型 ，从而获得有效结果的方法 纯粹的数值计算：使用编程或者商用软件 （ 比如Matlab ） 求 解具体数学方程 ，通常解决单个数学问题 数 值 模 拟 ： 使 用 大 规 模 编 程 (Simple 系列) 或 者 商 用 软 件 （Fluent 、Chemkin 、ANSYS 等 ），求解复杂完整的方程体系 ， 实现对较为复杂和完整的过程的模拟 ， 形成了一个 “ 数字化 实验平台 ” 西安交通大学能源与动力工程学院 7 研究生个人素质的要求： 数据采集与自动控制 数 据 采 集 与 自 动 控

5、制 ： 本 来 是 实 验 动 手 能 力 的 一 部 分 ， 但是， 因为涉及较多的数字电路 、 非电量电测 、 计算机编程 、 自动 控制方面的知识 ，所以单独提出来进行要求 至少应该掌握团队常用的数据采集系统的性能 ， 知道接线 、 安装、 调试的方法 能够参照以前的数据采集程序 ， 自行编制或者改进数据采集 软件 会使用Labview 等常用的数据采集 、编程软件 西安交通大学能源与动力工程学院 8 研究生个人素质的要求： 中英文写作与语言表达 中 英 文 写 作 与 语 言 表 达 ： 这 是 一 项 极 其 重 要 的 能 力 ！ 是个 人及其成果获取外界认可的主要渠道 。 通 过

6、 文 字 和 语 言 表 述 自 己 的 思 想 和 主 要 成 果 ， 实 现 与 外 界 的交流互动 。 包括 ， 学 术 论 文 的 文 字 、 格式 、 排版 、 图表 、 公式、 参考 文献的质量 ，PPT 制作的水平， 讲演和辩论的能力 直接的成果：高水平的论文 ，高水平的讲座 （ 答辩） 西安交通大学能源与动力工程学院 9 研究生个人素质的要求： 独立探索未知领域的精神 对科学问题 、 社会现象 、 人的言行 ， 要 有 不 受 外 界 干 扰 的 判断 、 分析和决策能力 。 对 自 己 的 一 切 任 务 ， 要有 “ 一 人 做 事 一 人 当 ” 的不依赖 （indepe

7、ndence ） 心理 。 尤 其 是 不 能 依 赖 教 师 、 学长 、 同 学来解决属于自己任务范围内的事情 。 对 自 己 的 学 术 路 线 和 个 人 发 展 ， 要 有 自 己 的 独 立 规 划 和 计 划 。 对 任 何 新 领 域 ， 要有“从头做起 ”的精神 ， 这 是 创 新 能 力 的核心 。 西安交通大学能源与动力工程学院 10 研究生个人素质的要求： 团队合作的精神 在独立意识之外 ，必须有团队意识 。 团 队 意 识 的 核 心 ： 没 有 人 是 无 所 不 能 的 ， 没 有 人 是 一 定 正确的 ，没有人是可以不依靠他人就成功的 。 本人与他人利益协调的

8、意识 个人的准确定位 充分的沟通和表达能力 西安交通大学能源与动力工程学院 11 研究生个人素质的要求： 吃苦耐劳的精神 科 研 工 作 的 任 何 一 个 环 节 ， 都 比 外 人 想 象 的 艰 苦 ， 比电 影电视上演的更艰苦 要 做 出 得 到 大 家 认 可 的 创 新 性 成 果 ， 必 须 经 历 极 其 艰 苦 而漫长的学习 、思考 、实践、提升 。 锅炉专业的实验工作 ，比其他专业更加辛苦 。 当1% 的灵感找到以后 ，剩下的就是99% 的汗水了 。 西安交通大学能源与动力工程学院 12 研究生个人素质的要求： 勇于面对挫折的精神 在科研工作中 ，挫折和暂时的失败是家常便饭

9、 。 如 果 你 自 己 看 不 到 正 面 的 因 素 ， 外 界 不 会 自 动 给 你 正 面 的 因 素。如果你自己不相信自己 ， 没有人会相信你 。 信心不是来自于百战百胜 ， 而是来自于无惧失败 。 如 果 你 不 经 常 遇 到 挫 折 ， 表 明 你 做 的 事 情 缺 乏 创 造 性 。 伍迪 艾伦 我 们 唯 一 需 要 畏 惧 的 ， 是 “ 畏惧 ” 本身 。 温斯顿 丘吉 尔 西安交通大学能源与动力工程学院 13 研究生个人素质的要求： 不拘一格解决问题的精神 遇 到 问 题 的 时 候 ， 必 须 具 备 提 出 多 种 解 决 方 案 、 灵活解 决问题的能力 。

10、 解 决 问 题 的 方 法 ， 是 和 问 题 一 起 产 生 的 。 卡尔 马克 思 西安交通大学能源与动力工程学院 14 研究生培养的标志性结果： 顺利 、按时 ，获取学位 达成毕业后的目标 （ 较好的工作岗位 ， 继续深造等 ） 内在实力的实质性提升 外 部 成 果 的 可 见 增 长 （ 较 好 的 学 习 成 绩 ， 较 多 的 文 章 、 专利 ， 获 取 高 档 次 奖 学 金 和 其 它 奖 项 ， 获 取 更 多 的 提 升 机会 ） 西安交通大学能源与动力工程学院 15 气固两相流主要研究的对象与目标 ：煤粉燃烧气体颗 粒流。扩展到广义的气固多相流及其化学反应过程。 煤粉

11、在管道中的气力输送 大约1kg/kg 流化床中的气固两相流 大约10kg/kg 煤粉的沉积或粉仓中存储的煤粉 大约 粉 粒体力学 风沙 小于0.1kg/kg 粉尘污染 小于0.01kg/kg 流沙 大约2000kg/kg 沙石的风化 干法、半干法脱硫 化学反应 煤矿中煤层气及煤（气）的自燃、强迫点燃 燃烧 雪、冰雹的形成与运动 相变 西安交通大学能源与动力工程学院 16 暂时缺乏完整的体系 ， 本 门课程 的主要 想法： 以气体 颗粒 流动为 主要内 容，强 化常 用、通 用的基 本概念 ； 以具体 案例教 学为思 路（注 重解决 物理 问题的 能力） ； 以数学 模型和 算法设 计为主 体（

12、注 重得 到定量 可用的 结论） 。 西安交通大学能源与动力工程学院 17 学习的过程： 完 成 基 本 的 知识积 累 熟 悉前 人解决 物理问 题的 方 法，积累 使用数学 工具、实 验手段的 经验； 形 成 对 问 题 的判断 能力和 分析能 力 知 道如 何简 化 物理问题 ，如何使 用数学工 具；或者 如何设计 实 验 来解决问 题； 获 得 定 量 结 果的能 力 如 何求 解各种 方程， 得到 精 确解、近似解、数值解；通过合理的 测量方法， 获 得可信数 据； 具 备改进、 创新物理 模型和数 学模型的 创新能力 ； 形成物理直觉 想象力比知识 本身更重要” 西安交通大学能源与

13、动力工程学院 18 讲课的方式： 讲课 讲 授 一 些 因较多 实践证 明而比 较公 认 或固定的 成果； 自学 掌 握 从 文 献及其 它渠道 获得知 识和 信 息的能力； 分析 亲 手实践对 问题的剖 析和处理 过程， 掌 握组织知 识和信息 的能力； 研讨 进 行 学 术 的沟通、交流 、争论，学 习 观点相同 的知识、 学习观点 不同的知 识； 上机 编 写 程 序 ，获得 数值解 ，得到 可以 被 使 用 的 结 果。 西安交通大学能源与动力工程学院 19 课程内容 第一章 绪论 第二章 颗 粒特性 第三章 气固两相流中 相间作 用力 第四章 气 固两相流的 松弛过 程 第五章 颗粒

14、的沉降运 动及终 端沉降 速度 第六章 管 内气固两相 流悬浮 流动及 气力 输送 西安交通大学能源与动力工程学院 20 课程内容 第七章 气固两 相流旋 转运动 及离心 分离 理论 第八章 固体燃料燃烧 第九章 气 固两相流计 算模型 第十章 气 固两相流的 测量技 术 第十一 章 气固两相流 的模化 理论与 实验 技术 西安交通大学能源与动力工程学院 21 课程内容：5 个讲座 大 容 量锅炉 灰斗分 离特性 的研究 旋流燃 烧过程 的实验 研究与 数值模 拟 高速 液滴- 固体撞 击过程 研究 颗粒群 分布特 性的实 验研究 与数据 分析 波纹板 气液两 相流的 数值模 拟 西安交通大学

15、能源与动力工程学院 22 1. 绪论 1.1 气 固 两相流 简介 1.2 建 模 的意义 1.3 循 序 渐进的 建模目 标 1.4 气 固 燃烧过 程建模 的主要 步骤 1.5 全燃 烧过程 物理建 模的整 体构思 西安交通大学能源与动力工程学院 23 1.1 气固两相流简介 1. 气固两 相流动 及工程 应用 流动系 统中存 在着气 体固 体颗粒 间动态 相互作 用的流 动，伴 随有动 量、质 量、热 量的传 递及化 学反应 过程。 “相” ：物质 的形态 ，动力 学性质 相同的 一群物 质。 西安交通大学能源与动力工程学院 24 1.1.2 分类 一、 稀 疏 两相流 稠 密 两相流 “稀”或“密”按颗粒在气相中的含量多少来划分（需人为 定义） 颗粒的质量分数 =m p /m