管内气固两相流动规律研究在工程中具有重要的应用价值,它不仅广泛应用于冶金、快速成型/3D打印、化工等行业的粉、散装物料输送,还可用于管道污垢清理、多粒径颗粒混合或分离、气固两相分离等诸多领域。目前国内外学者对于管道内气固两相流动的研究主要集中于大直径管道内单一粒径颗粒的输运规律分析,而对于细管道内多粒径混合颗粒的流动规律报道则较少。本文通过数值模拟和实验方法对较为典型的水平转垂直向下90°细弯管内的气固流动规律进行了研究,主要工作及结果如下:(1)首先采用FLUENT对单一粒径颗粒在细弯管内的稀疏气固两相流进行了数值模拟,分析其流动行为,并研究了不同输粉量、输送气速和粒径对流动行为的影响。研究表明,对于稀疏流,输粉量对颗粒分布的影响并不显著,增大气速则有利于减弱颗粒沉降行为。此外,颗粒粒径越小,沉降越不明显。当输送气速为18 m/s时,颗粒与弯管壁面的碰撞弯角仅比9 m/s情况下大2°,这表明对于曲率半径一定的弯管,碰撞位置与输送气速关系不大。分析表明,碰撞位置主要受粒径影响,粒径越大,位置越靠后。(2)在单粒径颗粒输运规律研究的基础上,进一步对双粒径及多粒径颗粒的混合流动进行了研究,以探讨复杂条件下的输运规律。研究表明,弯管段内,不同粒径颗粒与侧壁的碰撞位置并不重合,但随着流动的进行(约60°后)碰撞逐渐减弱,不同粒径束流趋于合并为同一束“壁面流”。在弯管下游竖直段内,固相颗粒质心出现沿管道中心振荡衰减行为,大颗粒比小颗粒剧烈,而输粉量和输送气速的影响不显著。(3)结合模拟工况自行建立了一套气固两相流动实验装置,采用PIV技术对管内的颗粒流动进行了观测,并将实验结果与模拟进行了比较。研究发现,两者在水平段管内存在差异,即模拟中颗粒的管底沉降较实验情况明显,而在弯管段及其下游竖直段内吻合良好。分析表明,横向升力影响是主要原因。颗粒所受的横向升力约为气体曳力的0.3倍,有利于颗粒的悬浮运动,因此在数值模拟中不可忽略。最后,对所做工作进行总结,并指出不足之处,提出了今后的研究发展方向。