（流体力学专业论文）气力输送系统流动特性的研究.pdf

浙江大学博士学位论文林江 2 0 0 4 5 摘要 气力输送是利用空气的能量来进行粉粒状散装物料连续输送的输运技术。在 电力、化工、食品处理、钢铁、冶会、建筑材料、机械制造、医药、饲料等行业 具有广泛的应用。气力输送的研究涉及多个学科分支，对工业生产具有重要的现 实意义。本文运用理论分析、数值计算以及试验，对气力输送的流动特性等相关 问题进行了深入的研究。 论文首先对本课题的研究背景和立项意义进行了论述；简要介绍了气力输送 系统的组成结构：对气力输送系统的特点进行了总结，从气力输送的输送装置型 式、气力输送实质、状态相图方面等对气力输送系统进行了分类。 对气力输送系统的研究现状进行了综述。从气力输送系统的两相流理论研究、 气力输送的动力学特征、气力输送系统的过程控制和系统磨损等四方面，分别对 稀相、浓相系统的研究成果作了全面的论述。 对气力输送研究的基础理论进行了简要陈述。从气力输送的基本流型、气力 输送的两相流研究方法和气力输送系统设计的原则和主要参数进行了阐述。 对气力输送中悬浮固粒群的加速区时间模式下稳定性问题进行了研究。在建 立悬浮固粒群力作用模型和固粒群加速区的运动方程的基础上，首次从考虑管壁 摩擦力影响的悬浮吲粒群在不同初始条件下的运动入手，对固粒从初始到稳定状 态的全过程作了全面的探讨，并推导求解了在时间模式下不同初始速度的固粒群 的运动解析关系；得出不同初始条件下固粒群的运动规律。其运动过程为：初期 作变速运动，经过一段时间后到达稳定，此后以恒速运动；恒速运动与固粒的初 始速度无关。 对气力输送中不同初始状态固粒群的加速区气固两相流动进行了数值模拟； 气流场采用修l f 的k 湍流模型进行计算，采用相问滑移数值方法( i p s a ) 求解 全流场的n s 方程：在考虑了时问模式的基础上进一步推导求解了空问模式下不 同初始速度的固粒群的运动解析关系；通过对解析关系和数值模拟结果的分析， 给出了初始气同速度比对加速区变速运动的时间、距离、加速度等参数的影响。 对气力输送中具有不同仞始状态的悬浮固粒群在加速区的气固两相流动迸行了研 究，分析了不同初始条件下固粒群的运动规律。 l 浙江大学博士学位论疋 林42 0 0 45 研究了在管壁摩擦力影响下的悬浮固粒群在不同初始条件下运动时，初始气 固速度比与悬浮速度、管壁摩擦损失系数的关系；着重考虑了不同初始速度的固 粒群沿程加速段的运动特性，通过求解首次给出了考虑不同初始气固速度比影响 时，不同的固粒与管壁摩擦条件和不同悬浮速度比下，管内固粒的稳定运动速度 的预估曲线。 对气力输送的气流场若干问题进行了探讨。对含柱状固粒的两相流场，建立 了包含柱状固粒对流场影响的流体脉动速度方程，在求解脉动速度方程的基础上， 经平均得到流体的湍流强度和雷诺应力。将该方法用于端流场的求解，并与单相 流实验结果进行了比较。计算中变化柱状固粒的参数，给出了固粒的体积分数、 长径比、松弛时问对流场湍动特性的影桐，说明粒子对流场的湍动特性起着抑制 作用，其抑制的程度与粒子的体积分数、长径比成正比，与粒子的松弛时间成反 比。 对正压浓相气力输送系统输送特性进行了试验研究。基于工业规模的正压浓 相气力输送试验装置系统，研究了f 压浓相系统中开泵压力、气流量和料气比、 出力之削的关系，探讨了在陔条件下系统最佳运行参数。 对气力输送系统过流部件廉损特性及控制进行了研究。分析了气固两相流肌 机存在的问题，通过对固粒穿过湍流和层流边界层时造成叶片磨损的比较，建立 了风机叶片附近流场特性与磨损之间的关系，说明叶片附近流场的湍化程度高能 减轻固粒对叶片的磨损，而由计算表明叶片表面加肋条能提高流场的湍化程度， 因而能减轻磨损。 对浓相气力输送的二次气流湍流扰动对输送特性影响问题的数值研究。给出 了在二次气流作用下的荫相湍流场的压力、气楣场速度、固相颗粒速度、体积分 数：讨论了一二次气流对气相场和固相场的影响、主输送管道气流速度与二次气流 速度比的关系：说明了二次气流参数变化、主输送管道气流速度变化、粒子粒径 变化对对湍流扰动的影响。 最后，对本文的研究 作进行了总结陈述，对今后气力输送的研究提出了展 窜。 关键词：气力输送 气固砖褶流浓褶流动特性加速区数值计算 2 浙江大学博士学位论文林江2 0 0 45 a b s t r a c t p n e m a t i cc o n v e y i n gm e a n st r a n s f o r m i n gt h es o l i dp a r t i c l e sw i t ht h eg a sp o w e r ， w h i c hi sw i d e l yu s e di nt h ee l e c t r i c ，c h e m i c a l ，f o o dp r e c e s s i n g ，i r o na n ds t e e l ，m e t u a t l g y e n g i n e e r i n ge t c 、t h ep n e u m a t i cc o n v e y i n gi sr e l a t e ds e v e r a la s p e c t sa n dm e a n i n i n gi n t h ei n d u s t r y i nt h i sp a p e r ，t h et h e o r e t i c a la n l y s i s ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a r eu s e dt os t u d yt h ef l o wp r o p e r t yi nt h ep n e u m a t i c s y s t e m 。 f i r s t ，t h eb a c k g r o u n da b o u tt h et h e s i si se x p l a i n e d ，t h ec o n s t i t u t i o no fp n e u m a t i c c o n v e y i n gs y s t e mi si n t r o d u c e d t h e nt h ep r o p e r t yo fp n e u m a t i cc o n v e y i n g s y s t e mi s s u m m a r i z e d f i n a l l y ，t h ec l a s s i f i c a t i o no fp n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e mi sm a d e i nt h i sp a p e r , t h em o t i o no fs u s p e n d e dp a n i c l e st h a tm o v ef r o mi n i t i a lt oas t a b l e s t a t ei np n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e mi ss t u d i e db yc o n s i d e r i n gt h ee f f e c to ff r i c t i o n f o r c eo nt h ep a r t i c l e s t h er e l a t i o n s h i po fp a r t i c l ev e l o c i t ya n dm o v i n gt i m e ，d i s t a n c e u n d e rt h ed i f f e r e n tc o n d i t i o n si sg i v e n 。t h ee f f e c to fr a t i oo fi n i t i a lg a sa n dp a r t i c l e v e l o c i t yo nt h ep a r t i c l ev e l o c i t yi sa n a l y z e d g a s s o l i d t w o p h a s ef l o ww i t hd i f f e r e n ti n i t i a ls t a t ei na c c e l e r a t i n gz o n ei s s i m u l a t e di np n e u m a t i c c o n v e y i n gs y s t e m i n t e r - p h a s e - s l i pa l g o r i t h mm e t h o d ( i p s a ) i s u s e dt os o l v en se q u a t i o n s ，w h i l et u r b u l e n c ei sc o n s i d e r e dw i t l lm o d i f i e d 膏昭m o d e l ， t h ee q u a t i o n so fp a r t i c l ev e l o c i t ya r ed e d u c e dw h e nt h ei n i t i a lv e l o c i t i e sa r ed i f f e r e n t f o rb o t ht h et e m p o r a lm o d e la n dt h es p a t i a lm o d e l t h r o u g ht h es y n t h e s i so ft h e a n a l y z e dr e l a t i o n sa n ds i m u l a t i o nr e s u l t s ，s e v e r a li m p o r t a n tr e s u l t sa r eg a i n e da b o u l e f f e c to fr a t i oo fi n i t i a lg a sa n dp a r t i c l e sv e l o c i t yi na c c e l e r a t i n gz o n eo nt i m e ，d i s t a n c e a n da c c e l e r a t i o no f p a r t i c l e s ， t h em o t i o no fs u s p e n d e dd e n s ep a r t i c l e sw i t hd i f f e r e n ti n i t i a lc o n d i t i o n si n p n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e mi ss t u d i e db yc o n s i d e r i a gt h ee f f e c to ff r i c t i o nf o r c eo nt h e p a r t i c l e s t h ep r o c e s so fp a r t i c l e sf r o mi n i t i a lt os t a b l es t a t ei s i n v e s t i g a t e d t h e r e l a t i o n s h i po ft h ei n i t i a lg a sa n dp a n i c l ev e l o c i t yr a t i oa n ds u s p e n d e dv e l o c i t y , f r i c t i o n c o e f f i c i e n ti sa n a l y z e d t h em o t i o np r o p e r t yo f p a n i c l e sw i t hd i f f e r e n ti n i t i a lv e l o c i t yi n t h ep r o c e s so fa c c e l e r a t i o ni ss t r e s s e d t h er e s u l t sa r eh e l p f u lt o p r e c a l c u l a t ed e 1 浙丘太学博士学位论又林江2 0 0 45 v e l o c i t yo f p a r t i c l ei nt h ep r a c t i c a lu s a g e t h ef l u i df l u c t u a t i n gv e l o c i t y e q u a t i o n sw h i c hi n c l u d et h et e r mo fc y l i n d e r p a r t i c l e sa r ee s t a b l i s h e d t h et u r b u l e n ti n t e n s i t ya n dr e y n o l d ss t r e s so ff l u i da r e o b t a i n e db ya v e r a g i n gf l u c t u a t i n gv e l o c i t yb a s e do nt h es o l u t i o no ft h ef l u c t u a t i n g v e l o e i t ye q u a t i o n s a b o v ee q u a t i o na p p r o a c ha r eu s e dt os o l v et h ec h a n n e lt u r b u l e n t f l o w s ，a n dc o m p u t a t i o n a lr e s u l t sa r ec o m p a r e dw i t ht h ee x p e r i m e n t a lo n e sf o r t h ec a s e o fs i n g l ep h a s ef l o w t h ee f f e c t so fv o l u m ef r a c t i o no fp a r t i c l e s ，t h er a t i oo fp a r t i c l e l e n g t ht od i a m e t e ra n dt h ep a r t i c l er e l a x a t i o nt i m eo nt u r b u l e n tp r o p e r t i e sa r ei l l u s t r a t e d b yc h a n g i n gc y l i n d e rp a r t i c l ep a r a m e t e r s i ti ss h o w nt h a tp a r t i c l e sp l a yar e s t r a i n i n g r o l et ot u r b u l e n tp r o p e r t i e si nf l o wf i e l d t h ed e g r e eo f r e s t r a i n ti sd i r e c t l yp r o p o r t i o n a l t ot h ev o l u m ef r a c t i o no fp a r t i c l e ，t h er a t i oo fp a r t i c l el e n g t ht od i a m e t e ra n di n v e r s e l y p r o p o r t i o n a lt op a r t i c l er e l a x a t i o nt i m e t h eb a c k g r o u n da n dp r o b l e m so fg a s - s o l i dt w o p h a s ef a na r ea n a l y z e d t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nf l o wp r o p e r t i e sn e a rb l a d es u r f a c ea n db l a d ee r o s i o ni sb u i l tu p b a s e do nt h ec o m p a r i s o no fb l a d ee r o s i o nw h e ns o l i dp a r t i c l e sf l o wt h r o u g ht u r b u l e n t b o u n d a r yl a y e ra n dl a m i n a rb o u n d a r yl a y e r i ti si l l u s t r a t e dt h a tt h ef l o w sw i t hh i g h e r t u r b u l e n ti n t e n s i t yc a l lr e d u c et h eb l a d ee r o s i o ns t r u c kb yp a r t i c l e s ，a n db l a d es u r f a c e w i t hr i b - w e l d e dc a nr e s u l ti nh i g h e rt u r b u l e n ti n t e n s i t ys o a st or e d u c ee r o s i o n t h ee f f e c to fs e c o n dg a sf l o wo nt h ec o n v e y i n gp i p eg a s s o l i df l o wi np n e u m a t i c d e n s ep l u g f l o wc o n v e y i n gi sn u m e r i c a l l ys i m u l a t e d c o n s i d e r i n gd i f f e r e n ts e c o n dg a s f l o wv e l o c i t i e s ，h i g ha n d l o ws e c o n dg a sf l o wv e l o c i t yd i s t u r b a n c ee f f e c t so nm a i np i p e f l o wp r e s s u r e ，g a s p h a s ea n ds o l i d p h a s ev e l o c i t i e sa r eo b t a i n e d d i f f e r e n ts e c o n dg a s f l o w p a r a m e t e r s h a v ed i f f e r e n ti m p a c to ng a s - p h a s ea n ds o l i d - p h a s ev e l o c i t i e s i n t e r - p h a s e s l i pa l g o r i t h mm e t h o d ( i p s a ) i su s e dt os o l v en se q u m i o n s ，w h i l e t u r b u l e n c ei sc o n s i d e r e dw i t hm o d i f i e d sm o d e l s i m u l a t i o nr e s u l t sa c c o r dw i t ht h e r e p o s e de x p e r i m e n tr e s u l t s t h er e s e a r c hr e s u l t sp r o v i d et h e o r e t i c a lb a s ef o rt h ed e n s e p n e u m a t i cc o n v e y i n gd e s i g n k e yw o r d s ：p n e u m a t i cc o n v e y i n g ，g a s - s o l i dt w o p h a s ef l o w , d e n s e ，f l o wp r o p e r t y , a c c e l e r a t i n gz o n e ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 4 浙江走学博士孝住论天 林江2 0 0 45 学号! 垒! 翌叁垒主查 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得迸姿盘茎或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名忿 签字日期：2 ，。乒年，月2f ；i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解董生婆盘鲎有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权堑垒盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名摊 导师签名倒史 签字日期：2 一。铲年，月一目签字日期：枷p 年j 一月f d 日 学位论又作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 浙| 工大学博士学位论文林江2 0 0 45 第一章绪论 1 1 课题的研究背景及意义 从工业应用来看，在生j “：实际中物料的运送占很大的比重，大部分动力消耗于原料或 制品的运输过程中。选择、设计合理的搬运方式己成为提高生产效率、降低成本的重要组 成部分。气力输送作为备种散装物料的一种连续输送方式，越来越多地应用于工业生产中， 存：整个物利输运中占有很大的比重。除了在工j + 车削内部、露天、建筑、铁路、船舶的运 输佾】k 中，对各种粉术状、颗粒状、 r 维状、叶片状的物料如面粉、谷物、煤、飞扶、水 泥、石灰、化肥、塑料原料、砂石、棉花、羊毛、烟丝、茶叶等广泛采用气力输送外，而 且在邮局、银行、商店、旅馆、图书馆等搬运频繁的场合，对于信件、票证、帐册、图书、 约剂等也采用气力输送。i _ l # i - ，滤嘴卷娴的滤棒、小包卷烟、塑料瓶装食品药品、金属零 件等成件物品气力输送也成为可供选用的运输方式。因此，气力输送系统对电力、化工、 食品处理、钢铁、冶金、建筑材料、机械制造、医药、饲料等行业以及部门的发展具有直 接的影响。 从热电厂的煤粉、飞狄的输送，叮以了解气力输送系统在工业生产中的重要性。目前， 国内燃煤电站的供电量占电力供应的8 5 左右，一个中等规模的燃煤发电厂，每小时产生 的煤灰达1 0 0 吨左右。如此大量的煤灰处理问题一直困扰着燃煤电厂。传统的处理方式是 水力冲扶，这不但要浪费大量的水资源，引起水的二次污染而且还要占用大量的土地。 随着上爪境要求的f 1 益提高和冈民经济的不断发展，这种处 罩方式显然不可取。取而代之的 是将捕集到的煤灰进行综合利用，变废为宝，而要进行干灰综合利用，第一步就必须解决 煤欢的干式输送问题。t 力输送系统萨适应了这一需求。 为了控制环境恶化、实现经济与上不境的协凋发展、保持困民经济的可持续发展，国家 近束出台了系列控制燃煤电厂二氧化硫排放量的政策，并把控制和治理燃煤电厂造成的 大气污染作为我国环境治理的重点工作，这为燃煤电，脱硫业务的大规模展丌奠定了较好 的琏础。未来8 l o 年我国火电企业有3 0 0 亿元以上的脱硫设备市场，年除尘输送装置需 求存5 ( ) 亿元以i ：，且以每年l 5 2 0 o 的速度增长。而脱硫成套设备中就需要大量的气力 浙正大学忤士学位论叉 林正2 0 0 45 输送装置。气力输送应用的这种广泛性一方面晚明其在工业生产中的重要性，另一方面也 决定了气力输送系统运行的能耗f 分可观，因此，节能降耗、优化气力输送系统的设计和 运行，具有十分重要的意义。 从应用基础研究方血来看，气力输送是一个复杂的多相流动过程，【直】粒在输送管内的 运动，涉及到气流速度的分布以及固粒与管壁摩擦等各种条件。输送管道内固粒的运动状 态既有滚动又有悬浮，同时还发生【到粒与崮粒、吲粒与壁面的碰撞，固粒的旋转还产, 4 - - 举 力，完全考虑这螳问题是相当复杂的。长期以束人们已在该领域进行了大量的研究，但仍 何许多问题没有得到很好解决，例如散状物料在管道中被气流带走的过程中固粒相互之间 以及固粒同管壁发生碰撞，碰撞的结果使得固粒破碎以及造成管道磨损，这种情况在高速 时显得愈加明显。为了减轻这些现象，可以降低输送气流的速度但随之而来的是容易引 起流动的不稳定r 圭，甚至堵塞。另外，系统的输送效率也是一个重要问题，被送物料的尺 、，硬度，抵抗损坏的能力以及粘性特一b t 和输送系统的自身条件等因素相互制约，共同决 定了气力输送的效率，从综合的角度束考虑输送效果就变得非常复杂，系统内气固两相流 动的状况直接影响到系统稳定、高效的运行，l 划此，要对气力输送系统的设计进行优化， 就必须掌握系统运, t t h , i 气固两相流动的抒l 生及规律，必须对固粒在管道内的流动问题进行 深入的研究。因而这些问题也成为应用基础研究的重点。 在气力输送的研究中，管道的堵塞是一个既重要又复杂的问题。如果气力输送系统设 计不合理或肯系统偏离l f 常运行工况，在输送过程中，就有可能发生堵塞现象。突发的堵 塞，将影响f 常生产；严重时，将导致系统停止运行，影响f 常生产及设备安全，造成经 济损失。目的国内外对管道堵塞发生的机理及堵塞的预防控制还缺乏深入研究。现行的系 统设计，一是采用经验试凑的办法，代价是提r 岛运行成本；二是还不能采用主动控制堵塞 的措施。当堵塞发生后，为了消除堵塞，采用暂停萨常生产，冲气消堵，岜有采用中途引 气消堵的办法，但操作复杂，同时也提高了成本。为了更好地解决堵塞问题，在生产过程 中，要作到主动控制和预防堵塞发生，就必须了解e 力输送系统中，不同工况( 空气流量、 载倚比等) 条件卜，粒体流动的状态，即气固两年目流的流动状况，得出运行工况与固粒流 动的关系，从而找出堵塞的成因及机理，提出控制措施，达到有针对生地主动控制的t 7 1 的， 以此提高系统运行的可靠| 生，节约能量。 2 浙j l 太学博士学位沧天林江2 0 0 45 l 訇此，对( 7 7 输送管道粒体流动的特性5 乏堵塞控制进行研究，不但对于气固两相流动 理论基础研究有重要的学术意义，而且在工程应用中具有现实意义和经济价值。 1 , 2 气力输送系统简介 气力输送是指在管道中借助空气的能量( 动能或静压能) 使颗粒物料按指定的路线进 行连续输送的一种运送方式。气力输送系统的类型很多，不同类型的气力输送系统的结构 也不相同，气力输送系统一般由供料装罟、输送管路、分离机构、空气动力源四个基本部 分组成，各基本部分的不同构成及不同的组合结构，构成不同类型的气力输送系统。图1 1 所示为近年发展的正压浓相气力输送系统示意图。 1 3 气力输送系统的特点 幽1 - i 气力输送系统的绡构 气力输送系统具有明显的特征，属于管路输送，没有回程。管路输送是指输送线完全 为管道，没有机械传动部分，输送时不占地威，而且输送中物料与外界隔绝，不受外界的 影响，也不会对外界造成污染等影响，设备简单。车船或用容器输送等间歇式输送和链 式、带式运输机等循环输送，需有返回加料，而气力输送则没有回程，这就减少了额外的 3 浙江太学博士学位论正 林、正2 0 0 45 动力消耗，并臣无需占据较大的空间。气力输送的输送介质为空气，在多数隋况下到终点 后即排入大气，没有必要再送刚始端。故气力输送具有以下优点： ( 1 ) 输送管道占地面积最小： ( 2 ) 管路柔陛灵活，设备投资少。可以因地制宜选择最优方案；如进行由数点集 中送往一处，或由一处分散送往数点的远距离操作； ( 3 ) 清洁、低污染。密封系统能防止被输送物对环境的污染；通过合理的设计， 能使得气力输送系统做到真萨的无尘，这在负压输送中尤为明显； ( 4 ) 输送效率高，可将输送过程与工艺过程相结合，简化工艺设备和过程； ( 5 ) 作业人员与输送量无关，人员配置可以最少；管理方便； ( 6 ) 可用于长距离输送； ( 7 ) 对于化学| 生能小稳定的物料，可以采用惰性气体输送。 然而，与其他输送形式相比，气力输送的缺点是动力消耗大，稀相气力输送的动力 消耗为斗式提升机的2 4 倍，为带式输送机的1 5 4 0 倍。而且，输送距离愈近，这种现 象愈明显。此外，伴随高速高能耗的运行，气力输送也存在设备磨损和被输送物的破损问 题。 最新发展起来的浓柑拴流气力输送方式，较好地克服了系统功率消耗大的缺点。表 1 1 给出了气力输送与其他输送装置的单位功率消耗比较。 表1 - 1 连续输送机的单能功率消蒯【1 1 1 气力输送机械输送 输送方 稀相 密相带式振动 斗式螺旋 压送吸送 栓流 输送机输送机 辅送机 输送机 功率消耗( 千瓦时腴米) 0 【】( 坦一) 30 0 3 100 【】0 l m 0 20 0 0 0 3 埘0 0 6【x ) 0 2 0 80 0 0 3 4 1 m( 1 0 1 加l 1 4 气力输送系统的分类 气力输送系统有多种不同的分类方法，可按气力输送的输送装置型式、体现气力输送 的实质来分类，也可按状态相图来分类。对r 不同类型的气力输送系统，其流动差异很大， 4 浙江戈学博士学位论丈林江 2 0 0 45 相互问的流动规律也不能通用。 1 4 1 按输送装置型式分类 按气力输送的输送装置型式米分，也就是按空气在管道中的压力状态来分，气力输送 装置町分为负压系统( 吸送) 、正压系统( 压送) 和混合系统三种。 1 负压( 吸送) 输送系统 负压( 吸送) 输送系统是利用输送系统终点的风机抽吸系统内的空气，在系统中形成 低于大气压的负压气流，物料与空气同时从吸嘴进入系统内并随气流到达系统终点，最后 经过滤分离将窄气排放到大气中。图1 2 所示为负压吸送式的典型装置。引风机装在系统 的术端，当x 彬【j 垂转后，整个系统形成负压。负压输送系统最适应用于将物料从一个或几 个料仓输送到+ 个储库的工况。负压输送能有效地收集物料，但输送距离受到一定限制。 负压输送系统是比较理想的系统，由于输送管道中的压力低于大气压，因此不存在管道内 7 e 体向外漏的问题，因而比较适合于对有毒或者有害物料的输送。 幽i - 2 吸送式气力输送装置 l 一唧觜2 一管道3 、4 - - j 离措5 一燥尘 6 - - 4 ) l7 - - i i 扶器8 、9 - - i 啉i 擀 2 正压( 扁盖) 输送系统 f ：压输送系统是气力输送的最基本形式，如图1 3 所示。在系统中，利用输送系统 幽1 - 3 压送式气力输送装置 刚l l2 一私h 一3 一肌 = = 【器4 一管道5 一分离擀6 一f 1 件：i 器7 一除尘器 5 浙江走芋博士学位论五林江2 0 0 45 起点处的风机等气源设备，将高于大气压的压缩空气通入输送系统中，同时物料定量送入 高速运行的气流巾，在气流的带动下，物判到达输送系统终点经过滤后，物料与空气分离， 物割进入判仓，空气排入大气。i f 压输送主要用于将物料输送到个或几个料仓的工况。 与负压输送系统相比，f 压输送系统具有比较高的容量并且适合于较远距离的输送。 3 混合输送系统 混合输送系统是在同输送系统中既有正压又有负压，利用两种不同系统的优势，因 而可以菠用于比较复杂的输送中。混合系统可以是压一送式，也可以是送一压式的输送组 合系统。 1 4 。2 按输送实质分类 从气力辎i 送实质考虑水分类，有按判、气两相数量比分类1 2 1 ；按料、气两相流体力学 特征分类吐按料、气两相运动特征分类：按装置特征分类等几种分类法。 按料、气两相数量比分类和按料、气两相流体力学特征分类【4 】，可将气力输送系统分 为稀相、中斗目和浓相。按利、气十同互关系划分，可分为供料法、混料法、供气法、栓流法。 按物料流动形状划分，可分为飞翔状、丝缕状、栓状、柱状等。详细的划分见表1 - 2 5 1 所列。 概括起来，现有的气力输送系统可分为四类： 】稀相气力输送 气游涟度较高，物料悬浮在铅垂管中早均匀分布，在水平管中量飞翔状态，字隙率很 大。物料的输送主要依靠由较高速度的空气所形成的动能，因而也称稀相动压输送。通常 气流速度在1 2 4 0 m s 之间，判、气质量比( 本文中简称料气比) 在1 5 之帆最大可 达1 5 吼 2 浓相动压气力输送 气流速度在8 1 5 m s2 _ n 。物料在管内已不再均匀分布8 】，而呈密集状态，但管道 并未被物料堵塞，因而仍然依靠空气的动能来输送，称为浓相动压输送。 这类流动：恢念的7i 送装旨有：高压压送、高真空吸送和流态化输送。料气比的变化范 围很大，高压压送与高真空吸送的料气比大致存1 5 5 0 之间，流动状态呈脉动集团流 j 。而对于易充气的粉料，料气比可高达2 0 0 以上，呈流念化输送。 3 浓相静压气力输送 6 浙江走学博士学位论文 林江2 0 0 45 表l - 2 气力输送分类方法一览毒掣 划分方法划分原则划分抖限类型 ( i ) 誓料、气质量流量比划分 5 0 浓相 ( 2 ) 披料、气蟊基浓度l 匕戈蟛h 有兰3 0稀相 l 坶种分法) 3 0 浓相 2 5 浓相 ( 3 ) 料4 、7e 体积胤量比划分 02 0 ，岛浓度 ( 4 ) 按物利￥啪t 管道饿血中的9 5 稀相 分布( 日卒隙牢占) 划分 2 5 稀相 i 、l 埘相i d 体力学特 5 2 5中相 n i 】5 浓相 ( 7 ) 按沿程j t 山损失( 储甍寸 1 0 浓相 ( 1 1 1 ) 按： = | 、气士日且关系划分”胖触 f 群一眩 似r 甜去 拴流法 ( 9 ) 按物料衙“力形状置忖飞州状 料、气l 埘栅菱动特征 丝缕状 栓状 剖k ( 1 0 ) 嬲俞送过 跗l 唑划分幼爪 静j h 【i i ) 扳气源j t 山( 公，tj j 甩水2 )低真窄 0 02 划分一( 】2 、一0 5i n j 真守 装骨 f i r _ 0 05 低球 0 5 7 i 剖t 7 浙江丈学博士学位论丈 林江2 0 0 45 物料密集哪检塞管道，依靠气流的静压术推送物利，称为浓相静近气力输送。可分为 柱流和栓流两种： 十t 流气力输送密集状物料连绵币断地充塞管道内而形成料柱，其运动速度较低，一 般仅0 2 、2 r r d s 。忸仅能用于3 0 m 以内的短距离输趔。 栓流气力输送人为地把料柱预先切割成较短的料柱，输送时，气栓与料栓相间分 丌。从而可以提高料栓速度，刚氐输送压力，减少动力消耗，以及增加输送距离，是目前 最好的中距离输送方法。 4 简式气力输送 将需要输送的物料、物件装入传输筒或筒车内，剥用空气的静压使传输筒在管道内飞 速滑行的一种输送方式，用于既难于悬浮，而本身又无法成栓的成件货物的输送。这类输 送不在本文的研究范畴之内，不再多述。 列于稀相输羞，被输送物料的质量流最勺输送气体的质量流量之比较小，物料颗粒的 间距较大，输送气体的压力较低，输送速度较大。稀相输送一般适用于被输送物料的质量 和粒度较小、十燥和易流动、输送距离较短的场创”1 。在稀相气力输送过程中，出于物料 j t 艘 h 小，懋浮速度也很小，悬浮压降所占比例很小，同气速度比约等于1 因此可近似 假设物料和气流两者的速度干目等，将悬浮压降包括在摩擦压降中，此时颗粒体的输送可视 为气固混合为体的输送，这样可以使数学模型得到大大简4 ：i 二【”l ir a s l f l 6 1 ，因而也就可以采用 比较成熟的理论来处理输送过程。 为了克服稀十日气力输送的不足，浓相气力输送技术随之产生。低速浓相输送技术具有 许多优点，首先，因其输送速度低，故能耗大大b 列氐，仅为动压e e 送的3 5 6 0 1 1 1 ，可实 现最少的管道磨蚀和物料破碎。而高浓度则使耗气量少，这一优点对于输送防爆、防燃和 冈保半i 香味而必；负采用昂贵的惰性气体作输送介质时就显得更为突出：其次，因耗气量少 而使输送终端的料、i 分离比较容易，空气过滤设备也就小得多，降低了成本：再次，粒 子的静电荷减少有助于防止诸如粉尘爆炸和压降逐渐增加的问题。因此，低速浓相气力输 送足当前气力输送技术发展的趋势。 参考文献 1 2 5 】5 6 】 北京钢铁学院热工水力学教研组气力输送装置，人民交通出版社，1 9 7 4 m a i n w a r i n gnj ，e ta lp e r m e a b i l 时a n da i rr e t e n t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fb u l ks o l i d s m a t e r i a l si nr e l a t i o nt om o d e so fd e n s ep h a s ep n e u m a t i cc o n v e y i n g b u l ks o l i d s h a n d l i n g ，1 9 8 7 ，7 ( 3 ) ：4 1 5 , - 4 2 5 k h n t w o r t j ：l e ta 1 ar e v i e wo fl o w v e l o c i t yp n e u m a t i cc o n v e y m i l gs y s t e m s b u l ks o f i d s h a n d l i n g ，19 8 5 ，5 ( 4 ) ：7 4 7 7 5 6 w y p y c hpw t h ei n sa n do u t so fp n e u m a t i cc o n v e y i n g p r o c 、r e l i a b l ef l o wo f p a r t i c u l a t es o l i d si i i ，p o v s g r u n n ，n o r w a y , 1 9 9 9 黄抵气力输茜上海科学技术出版社1 9 8 4 g a s t e t s t a d tj d i ee x p e f i m e n t e l l eu n t e m u c h u n gd e sp n e u m a t i s c h e nf o r d e r v o r g a n g e sv d i f o r s c h h e f t ，1 9 2 4 ，2 6 5 w e nc y , s i m o n sh p f l o wc h a r a c t e r i s t i c si nh o r i z o n t a lf l u i d i z e ds o l i d st r a n s p o r t a i c h e j ， i9 5 9 5 ( 2 ) ：2 6 3 - 2 6 7 g e l d a r rd l i n gs 上d e n s ep h a s ec o n v e y i n go ff i n ec o a la th i g ht o t a lp r e s s t t r e sp o w d e r t e c h n o l o g y 1 9 9 0 ，6 2 ：2 4 3 2 5 2 b a r t hw 2s l r o m u n g s v o r g a n g eb e i mt r a n s p o r tv o nf e s t t e i l c h e nu n d f l u s s i g k e i g e i l c h e ni n g a s e nm i tb e s o n d e r e rb e r u c k s i c h f i g u n gd e rv o r g a l l g eb e ip n e u m a t i s c h e rf o r d e r t m g c h e m i n g 吼1 1 ，1 9 5 8 ，3 0 ( 3 ) ：17 1 q8 0 森川敬信混合比。大e 。空气输送口) 压力损失同本机械学会论文集，1 9 67 3 3 ( 2 5 4 ) ：1 6 3 3 1 6 3 9 t e g r n a i e rwz u rb e r e c h n u n gd e rh o r i z o n t a l e np n e u m a t i s c h e nf o r d e r u n gf e i n k o m i g e r f e s t s t o f f e f o r d e ma n d h e b e n ，1 9 7 8 ，2 8 ( 5 1 6 ) ：3 6 3 3 6 6 m u s c h e l k n a u t ze ，w o j a f l 【1h a u s l e g t m gp n e t a l m t i s c h e nf o r d e r a n l a g e n c h e m m g t e c h 1 9 7 4 ，4 6 ：2 2 3 一, 2 3 5 b o h n e tm e x p e r i m e n t e l l eu n dt h e o r e t i s c h eu n t e r s