固体颗粒在液体中沉降速度的计算方法评述吴宁张琪曲占庆(石油大学石油工程系,山东东营257062)摘要固体颗粒在液体中的阻力系数和沉降速度的计算直接关系到现场有关工艺的设计。在固、液多相流计算中普遍采用漂移流动模型,固相在静止液体中的沉降速度是建立漂移流动模型的基础,因此,有必要深入了解固体颗粒在静止液体中的沉降动力学特性。综述了固体颗粒在静止液体中发生自由沉降和干涉沉降的阻力系数和沉降速度的计算相关式以及这些相关式的使用范围,并且考虑了颗粒形状和边界条件等因素对沉降速度的影响。主题词固体颗粒液体沉降速度阻力系数计算方法作者简介吴宁,1974年生。1998年获大庆石油学院油气田开发工程硕士学位。现在攻读油气田开发工程博士学位。张琪,1936年生。1958年毕业于北京石油学院,现为教授,博士生导师,本刊编委。曲占庆,1963年生。1986年毕业于华东石油学院开发系,现为讲师。在石油开采过程中存在着许多固、液多相流问题。固体颗粒在液体中的阻力系数和沉降速度是有关工程设计的重要技术参数。在固、液多相流计算中普遍采用漂移流动模型,固相在静止液体中的沉降速度是建立漂移流动模型的基础,因此,有必要深入了解固体颗粒在静止液体中的沉降动力学特性。本文系统地总结了有关固体颗粒在静止液体中沉降动力学特性的研究成果,为有关工程设计和进一步开展研究提供理论基础。一、圆球形固体颗粒在静止液体中的自由沉降速度1.圆球形固体颗粒在牛顿液体中的自由沉降速度在液体中固体颗粒受重力和浮力的作用,根据固体颗粒的受力分析,可得到直径为d的圆球形固体颗粒在静止液体中沉降速度的一般公式u2t=431Cd�s-��gd(1)阻力系数是雷诺数Re=utd�的单值函数,按雷诺数可把阻力系数曲线分为4个区。(1)层流区沉降(Re<1)。这时,颗粒与液体之间的相对运动是层流。早在1851年,斯托克斯[1]就给出了作层流沉降时圆球形固体颗粒的阻力系数Cd=24Re(2)圆球形固体颗粒的自由沉降速度为ut=(�s-�)gd218�=gd218��s-��(3)奥森(Oseen)[2]、戈尔茨坦(Goldstein)[3]、冈恰洛夫(��!∀#�∃)[4]在斯托克斯分析的基础上,也分别给出了作层流沉降时圆球形固体颗粒的阻力系数和自由沉降速度表达式。(2)过渡区沉降(11),颗粒直径变化对沉降速度的影响较小。(2)圆球形固体颗粒在宾汉液体中的自由沉降。圆球形固体颗粒在宾汉液体中的沉降,岳湘安[11]给出了阻力系数的相关式Cd=19/ReB(10)在牛顿液体或幂律液体中...
