（流体机械及工程专业论文）圆柱状粒子气力输送设计计算系统的研究与开发.pdf

摘要 气力输送技术是随着物料搬运和一些工业过程的需要而发展起来的，无论是 从经济还是从环境保护角度出发，气力输送系统的应用日益广泛，它具有能耗低、 自动化程度高、可长期连续运行、无环境污染等诸多优点，是最适合散料输送的 一种先进的技术。目前气力输送技术已广泛地应用于电力、制药、食品、塑料、 水泥、化工、玻璃、采矿及冶金等工业领域。 目前对气力输送系统中粒子的讨论多局限于圆球粒子，由于圆柱体形状非各 向同性，将粒子看作圆柱体使得问题变得非常复杂，所以几乎没有文献介绍柱状 粒子的情况。但是实际应用中，很多被输送物的形状更加接近于圆柱状，如小麦、 包装工业中常用的碳酸钙等，所以有必要对柱状粒子的运动作研究，本文使用等 效表面积法来考虑非圆球效应( 柱状粒子效应) ，就圆柱状粒子在气力输送系统 中的运动情况作了系统的研究，在运动研究的基础上，使用能量损失原理对柱状 粒子在气力输送系统中的压降进行了讨论，推导了一系列柱状粒子的运动方程和 压降方程，计算结果与圆球粒子的情况进行了比较，结果也比较满意，具有实际 的应用价值，这也是本文的研究意义和创新点。 此外，本文在现有软件的基础上，完善了气力输送计算辅助设计系统，添加 了原系统里所没有的柱状粒子气力输送设计计算系统部分，进一步完善了此软件 系统的应用范围。本文在理论研究的基础上，对气力输送系统的计算机辅助设计 过程( c a d ) 中的设计流程和实现方法也作了简单的介绍。 关键词：气力输送，柱状粒子，等效表面积法，能量损失原理，计算机辅助设计 塑哎堡主兰垡丝壅 ! ! 竺：! a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yo fp n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e mw a sd e v e l o p e d a c c o r d i n gt ot h e n e e do fi n d u s t r i a lp r o c e s s c o n s i d e r i n gw h e t h e ri m p r o v i n ge f f i c i e n c yo fe c o n o m yo r p r o t e c t i n ge n v i r o n m e n t ，p n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e m sw e r eb e i n ga p p l i e d i n c r e a s i n g l ya b r o a d t e c h n o l o g yo fp n e u m a t i c c o n v e y i n gs y s t e m sw a su s e di n p e t r o l e u m ，c h e m i c a lp l a n t , f o o d s t u f f , m e t a l l u r g y , m a t e r i a l ，e t c t h es y s t e mh a dt h e a d v a n t a g e so fl o wc o n s u m p t i o no fe n e r g y , h i 矾l e v e lo fa u t o m a t i o n ，a b i l i t yo f c o n t i n u o u s l yr u n n i n gf o rl o n gt i m e ，p r o t e c t i o nf o re n v i r o n m e n t ，e t c t h ep n e u m a t i c c o n v e y i r 堰s y s t e mw a st h em o s ts u i t a b l ea d v a n c e dt e c h n o l o g yf o rp a r t i c l e sm a t e r i a l a tp r e s e n t ，p a r t i c l e ss t u d i e di np n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e mw e r em o s t l yl o c a t e d i ns p h e r i c a lp a r t i c l e s ，t h e r ew a sl i t t l ea r t i c l ei n t r o d u c i n gt h er e s e a r c ho nc y l i n d r i c a l p a r t i c l e s i tw a sv e r yc o m p l e xw h e nc o n s i d e r i n gt h ea n i s o t r o p yo fc y l i n d r i c a lp a r t i c l e s t h es h a p e so fm a n ym a t e r i a l sc o n v e y e db yp n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e mw e r em o r e c l o s et oc y l i n d e ri na p p l i c a t i o n ，s u c ha sw h e a ta n dc a l c i u mc a r b o n a t eu s e di np a c k i n g i n d u s t r y s oi tw a sn e c e s s a r yt or e s e a r c ho nt h em o t i o no fc y l i n d r i c a lp a r t i c l e s f o rt h e p u r p o s eo fd e s i g n i n gp n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e m so fc y l i n d r i c a lp a r t i c l e sm o r e e f f i c i e n t l y , r e s e a r c ho nm o t i o na n dp r e s s u r eo fc y l i n d r i c a lp a r t i c l e si na i rf l o w sw a s d i s c u s s e di nt h i sp a p e r t h er e s u l t sa r es m i s f i e da n dc a nb eu s e dt ot h ea p p l i c a t i o n a l l o f t h e s ea r et h ep u r p o s eo f t h i sp a p e ra n dt h ei n n o v a t i o n b e s i d e s ，m e t h o do fc a di su s e dt ot h ed e s i g na n dc o m p u t a t i o ns y s t e mo f p n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e m t h ec o m p u t a t i o n a lm o d u l eo fc o m p u t a t i o nf o r c y l i n d r i c a lp a r t i c l e sw a sa d d e dt ot h i ss y s t e m t h em e t h o da n df l o wo ft h i sc a d s o l t w a r ew e r ea l s oi n t r o d u c e d k e y w o r d s ：p n e u m a t i cc o n v e y i n g ，c y l i n d r i c a lp a r t i c l e s ，m e t h o do fe q u a ls u r f a c ea r e a ， t h e o r yo fe n e r g yl o s s ，c o m p u t a t i o n a la i d e dd e s i g n ( c a d ) 2 浙江大学硕 j 学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景和意义 气力输送技术用于物料搬运和一些工业过程，该技术虽然已使用了1 0 0 多 年，但在很长的时间内只能用于输送固粒为稀相的情形。到了2 0 世纪中后期， 气力输送技术得到迅速的发展。目前气力输送技术已广泛地应用于电力、水泥、 化工、玻璃、采矿及冶金等工业领域。 然而，目前对气力输送系统中粒子的讨论多局限于圆球粒子，很少有文献介 绍柱状粒子的情况，原因是将粒子看作圆柱体使得问题变得非常复杂，因为圆柱 体形状非各向同性。但是实际应用中，很多被输送物的形状更加接近于圆柱状， 如小麦、包装工业中常用的碳酸钙等，所以有必要对柱状粒子的运动作研究。而 气力输送系统中的柱状粒子运动与沉降问题与常规的圆球形粒子相比差别很大。 为了更有效地设计柱状粒子气力输送系统，本文首先研究圆柱粒子在气流中的运 动和压降。 现已表明，虽然气力输送较之机械输送有诸多的优越性，具有很好的应用前 景，但目前在气力输送系统的设计上智能化程度不高，导致在设计、优化以及系 统的升级等方面都还存在很多问题，这其中包括在已定的输送物料前提下，如何 合理地确定气体的质量流量、如何确保稳定输送时所需的压降和气流速度；工况 和现场条件改变时，如何快速地给出相应的设计方案。此外，从设计的角度提高 气力输送的效率仍是迫在眉睫的问题。因此，利用计算机高速运算的性能，将计 算机软件设计与气力输送系统设计相结合，开发一套气力输送系统的计算机辅助 设计计算软件，增加气力输送设计的快速性、灵活性和高效性，具有重要的实用 价值和工程意义。本文在现有软件的基础上，完善了气力输送计算辅助设计系统， 添加了原系统里所没有的柱状粒子气力输送设计计算系统部分，使得该软件也能 应用在原料为柱状粒子的情况。 浙江大学硕士学位论文 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置、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 1 1 所示为近年发展的f 压浓相气力输送系 统示意图。 图1 - 1 气力输送系统的结构 1 3 气力输送系统的起源 气力输送最早的尝试开始于1 9 世纪初，它也是1 9 世纪工业革命的标志之一。 据记载第一个气力输送系统出现在1 8 4 7 年法国的p e u g e o 工厂，它用于1 4 个磨 石的除尘。因为干操作只是整个过程的一部分，所以设计时，将系统的最大值设 计为可同时为4 个磨石除尘，图1 2 是系统的框图。 到了1 8 6 8 年，英国人c r a m p o n 的专利“煤的碾碎、准备和燃烧的发展”给 出了另一种气力输送系统，它主要用于炼钢。图1 - 3 是控制煤粉输送量的装置， 2 浙江大学硕士学位论文 煤粉颗粒被吸进入口，通过吹风机给炉子供应燃料。这一系统在当时发挥了巨大 的作用，并且一直沿用了7 0 年之久。 如果气力输送系统的概念仅仅局限于颗粒传送的话，那么第一个气力输送系 统则应是1 8 7 8 年的把谷物送入地下储藏室的流线，其装置如图1 - 4 所示。 l 狐l ：l l l 腿i | 热心、 习 i 广一 = = 鼍 l k r 一 厂一 = = 掣 = i t 个艚石= = j鬻= = t 个磨石 i 最大值： i b4 个磨右手操作 i 蘸勰童 鼍j l 作 ，i 一 一 =、 1 。4 应用举例 图1 2 为磨7 i 除尘的气力输送系统 气力输送系统应用十分广泛，这里仅以电站输灰系统为例，目前，燃煤锅炉 图1 3 控制煤粉输送量的装置 图l - 4 将谷物送入地下室的气力输送装置 电站的供电占电力供应的8 5 左右，燃煤锅炉尾气的处理主要有三种途径：一 是除尘：二是除尘器捕集到的煤灰综合处理：三是脱硫、脱硝等。一个中等规模 的如i o o m w 的火力发电厂，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火电厂。传统的处理方式是水力冲灰，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，随着环境要求的同益提 高和国民经济的不断发展，这种处理方式显然不可取。取而代之的是将捕集到的 4 浙江大学硕士学位论文 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灰 的干式输送问题。干式输送装置主要有两类：一类是机械输送，这种方式由于输 送距离短、磨损和漏灰严重丽逐步被淘汰。第二类是气力输送装置，这种方式是 目前国际上普遍采用的方式，具有密封性好、输送效率高，可输送较远距离、自 动化程度高等优点。但出于煤灰腐蚀性强，气力输送系统也存在两大技术难点： 一是出料阀磨损严重、寿命短；二是易产生堵管。 为了控制环境恶化、实现经济与环境的协调发展、保持国民经济的可持续发 展，国家近来出台了一系列控制火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，这为火电厂脱硫业务的 太规模展开奠定了较好的基础。未来8 1 0 年我国火电企业有3 0 0 亿元以上的脱 硫设备市场，年除尘装置需求5 0 亿元以上，且以每年1 5 - 2 0 的速度增长。 1 5 气力输送系统的特点 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，输送时不占地面，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。车船或专用 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，这就减少了额外的动力消耗，并且无需占据较大的空间。气力 输送的输送介质为空气，在多数情况下到终点后即排入大气，没有必要再送回始 端。故气力输送具有以下优点： 1 ) 输送管道占地面积最小； 2 ) 管路柔性灵活，设备投资少。可以园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正的无尘，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 ) 对于化学性能不稳定的物料可以采用惰性气体输送。 浙江大学硕士学位论文 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。 最新发展起来的浓相栓流气力输送方式，较好地克服了系统功率消耗大的 缺点。表卜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连续输送机的单位功率消耗1 2 1 气力输迭机械榆选 输送方式 稀相 密相带式 振动斗式 螺旋 压送吸送 栓流输送机输送机 输送机 输送机 功率消耗i 千瓦一时 0 0 3 一0 0 0 2 0 0 0 2 0 300 0 1 一o 0 200 0 0 3 - - 00 0 60 0 0 3 0 0 30 0 1 枷l ，吨柬)1 00 8 1 6 气力输送系统的分类 气力输送系统可以有多种不同的分类，就压力特征而言，可以分为正压系统、 负压系统和混合系统。 1 6 1 负压输送系统 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，物料与空气一起从吸嘴进入系统内并随气流到达系统终点，最后经过滤 分离将空气排放到大气中。负压输送系统主要用于将物料从一个或几个料仓输送 到一个储库的工况。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 管道中的气体向外漏的问题，因而比较适合于对有毒或者有害物料的输送。图 1 5 所示为负压吸送式的典型装置 6 浙江大学硕士学位论文 图i - 5 吸送式气力输送装置 i 一吸嘴2 一管道3 、4 - 分离器5 一除尘器6 一风机7 卅灰器8 、9 - - 料器 1 6 2 正压输送系统 正压输送系统是气力输送的最基本形式，如图1 - 6 所示，在系统中，利用输 送系统起点的风机，将高于大气压的压缩空气通人输送系统中，物料定量送人高 速运行的气流中，在气流的带动下，物料到达输送系统终点，经过滤后物料与空 气分离并排入大气。正压输送主要用于将物料输送到一个或几个料仓的工况。与 负压输送系统相比，正压输送系统具有e e 较高的容量并且适合于较远距离的输 送。 图i - 6 压送式气力输送装置 l 一风机2 - 料斗3 一加料器4 一管道5 一分离器6 一出料器7 一除尘器 1 6 3 混合输送系统 混合输送兼有正压与负压的特点，利用两种不同系统的优势，因而可以应用 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。 浙江大学硕士学位论文 1 7 输送物料的物理特性 气力输送是一个十分复杂的过程，输送过程中散状粉粒料在管道中被气流带 走，粒子相互之间以及粒子同管壁都有可能发生碰撞，碰撞的结果使得粒子破碎 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堵塞。此外，输送效率是气力输 送的一个重要方面，被输送物料的尺寸，坚硬度，抵抗损坏的能力以及粘性特性 等因素相互制约，共同决定了气力输送的效率。因此，从综合的角度来考虑输送 效果就变得非常复杂。 气力输送系统中，物料颗粒的特性决定了气力输送的形式。一般的物料特性 包括颗粒尺度和分布、形状、密度、硬度、脆性、可压缩性、渗透性、粘性、分 离性、爆炸性、毒性和静电效应等。物料的物理特性与输送过程中管道的磨损有 直接的关系。物料的可压缩性直接影响物料在输送管道中的运动。物料的粘性与 物料在管道中的积聚有关。此外，当物料具有爆炸性和毒性等特殊情况时，要考 虑输送气体的选择。 输送物料的物理特性对输送性能同样具有重要的影响。因此了解输送物料的 物理特性对输送系统的设计具有重要的意义。m a i n w e a r i n g 等p 1 认为物料的透气 性和存气性对物料是否适于密相输送非常重要。k 1 i n t w o r t h 4 】认为物料的粒度分 布和平均粒径会影响透气性和存气性，因此对物料的粒度变化又作了进一步的深 入研究，说明物料的可压缩性和透气性可以被利用来除去物料中的空气。 输送物料的主要特性如表1 - 2 所示，表中是前人总结出来的一些常用的输送 物料物理参数值，在设定输送物料的物理特性时可以参考，但是在对柱状粒子的 设计计算时，不能完全采用此表给出的参数，如平均粒径，而对于而摩擦系数这 一项，则由于柱状粒子的各向异性，所以要适当取大一点。 表1 - 2 若干输送物料的主要物理特性和常用的输送气流速度p 1 物料名称 平均粒径比重内摩擦系数壁摩擦系数悬浮速度 稻谷 3 5 81 0 20 6 80 5 37 5 小麦 4 4 51 2 7 1 4 9 0 4 7 0 7 30 3 6 0 6 59 8 “ 大麦 3 5 4 21 2 3 1 3 0o 5 10 3 7 o 5 89 0 1 0 5 糙米 5 o 6 91 1 2 1 2 27 7 9 0 一 塑坚奎堂堡兰三兰堡垒苎 ! 竺塑：! 籼米6 4 9 3 1 3 2 o 5 8 9 - 4 9 6 玉米5 1 0 9 1 2 20 5 3 0 3 8 1 1 1 2 2 大豆3 5 1 01 1 8 1 2 2 1 0 豌豆6 x 5 51 2 6 1 3 70 5 7 7 0 6 2 81 5 1 7 5 花生2 1 x 1 21 0 20 3 1 1 2 1 4 棉籽 7 。4 1 0 3 o 5 27 1 7 9 葵花子 1 0 5 1 5 2 0 6 4 o 6 5 1 o 0 - 3 97 2 7 9 砂糖 o 5 1 1 5 1 5 81 1 90 8 5 1 _ o8 7 1 2 干细盐 1 02 20 9 1 1 0 4 99 8 1 2 细粒盐 5 1 2 8 1 4 粗粒盐 7 0 7 21 0 90 7 3 】4 8 1 5 5 麦芽8 1 面粉 o 1 6 31 4 11 60 7 3 1 0 1 5 面粉 0 1 6 3 0 1 9 7o 5 7i 2 1 5 面粉 0 1 8 5 o 8o 9 2 1 3 2 0 洗衣粉 0 12 6 2 8 50 4 3 60 4 o 5 o 8 陶土 0 0 8 72 4o 3 1 7 烟丝1 1 0 x 3 50 2 73 - 2 3 7 统煤 3 0浓相 2 5 浓相 ( 3 ) 按料、气体积流量比划 0 2 0 高浓度 ( 4 ) 按物料颗粒在管道截面 9 5 稀相 中的分布( 即空隙率占) 划分 2 5 稀相 1 5 2 5 中相 学特征 1 5 浓相 ( 7 ) 按沿程压力损失( 磅，英 1 0 浓相 ( 8 ) 按料、气相互关系划分 供料法 混料法 供气法 栓流法 料、气两相运动特 ( 9 ) 按物料流动形状划分 飞翔状 征丝缕状 栓状 柱状 ( 1 0 ) 按输送过程机理划分 动胍 静压 ( 1 1 ) 按气源压力( 公斤力 o 一- 0 2 低真空 厘米2 ) 划分- 0 2 加5 高真空 装置特征 0 0 5低压 0 5 7 高压 1 9 输送压损 管道压降是气力输送设计中的重要参数。计算压降的方法有多种，如压降比 法、经验公式法、附加压降法和力平衡法等。 1 9 2 4 年g a s t e r s t a d t 7 】提出了最早计算压降的方法一压降比法。他定义压降 比为气固两相混合物流经管道的总压降与纯气流以相同的速度流经同根管道时 产生的压降之比，通过实验可以直接确定输送特征值与总压降的关系：并首次对 水平管输送小麦等大颗粒物料时的管道总压降进行了研究。v o g t 和w 1 1 i t c i 引率先 对较高混合比输送压降的情形进行了研究，但所得到的试验关联式不能较好地预 测高混合比水平管道的输送压降，也不能用于大管径管道的设计计算。后来 e s m a i l z a d e h l 9 在v 0 垂和w h i t e 的基础上又进行了深入研究，但所得到的关系式 依然不能直接用于设计计算。目前仅采用压降比法计算低混合比和短距离的物料 输送以及非粒状物料的输送，对高混合比密相输送的情形，很少用压降比的方法 浙江大学硕士学位论文 进行研究。 至于经验公式法，c r a m p 和p r i e s t l y 在1 9 2 4 年提出了计算稀相物料垂直管道 输送压降的经验公式，该经验公式对高混合比物料输送的压降研究起着熏要的作 用。1 9 5 1 年，a l b r i g h t 1 0 】等由实验发现管径对管道压降比有一定影响，但没能给 出物料尺度对总压降的影响。1 9 5 9 年，w e n 和s i m o n s ”】发现，对长距离输送管 道压降的计算值明显低于实测值。一些学者曾使用修正的e r g u n 方程来表示柱塞 密相输送的压降，但对于不同形成机理的柱塞密相输送管道的压降，效果并不理 想。1 9 9 0 年，g e l d a r t 和l i n g ”】的试验研究认为，物料与管壁间的摩擦压降是高 压密相输送压降的主要组成部分，并由此到两者之间的关系式，然而，由于实验 点较分散，使得该关系式的计算精度不高。尽管如此，该关系式因其计算简单而 得到工程设计人员的偏爱，并得到广泛的应用。 附加压降法是目前设计气力输送系统常用的一种管道压降计算方法。 b a r t h 1 3 1 认为气固两相流动产生的总压降由多种压降组成。1 9 6 7 年，森川敬信【4 】 认为附加压降是物料与管壁摩擦、碰撞及物料间的相互作用所致。1 9 7 8 年， s t e g m a i e r ”1 总结前人的实验数据，得到了附加压降与部分因素的关系式，用该 关系式计算的结果与m u s c h n a u t z 和k r a m b r o c k l l 6 的试验结果吻合较好。 力平衡法也被用来研究物料输送过程中的压损，并取得了一定的成果。1 9 9 0 年，b o h n e t f 7 1 用实际工程中所得到的有关数据，评价其他学者用力平衡法在密相 物料输送中得到的计算关系式，发现s t e g m a i e r 得到的压降系数的计算值远高于 实测值，在大管径下这种情况愈加明显：而w i r n l 得到的计算值则与实测值较吻 合，但管径的影响未能较好地考虑：比较而言，用m u s c h e l k n a u t z 和w o j a h n 关 系式计算得到的结果与实测值吻合最好。为此，b o h n e t 认为，目前要精确地计 算密相物料输送时的管道压降仍然比较困难，还应提高计算模型的精度。 除了以上介绍的方法外，还有其他的一些方法可用来计算管道的压损，如双 流体模型法和轨迹法等，这些方法也得到了广泛的应用。 塑坚奎兰堡主堂垡望苎 ! ! 墅：! 参考文献 1 】林江，气力输送系统流动特性的研究( 博士毕业论文) ，2 0 0 4 5 【2 】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 【3 】m a i n w a r i n gn j ，e ta 1 p e r m e a b i l i t ya n d a 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 k s o l i d sm a t e r i a l si nr e l m i o nt om o d e so f d 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 k s o l i d sh a n d l i n g ，1 9 8 7 ，7 ( 3 ) ：4 1 5 , - - 4 2 5 4 k l i n t w o r t hj , 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 i n gs y s t e m sb u l k s o l i d sh a n d l i n g ，1 9 8 5 ，5 ( 4 ) ：7 4 7 - 7 5 6 【5 】5 黄标编著，气力输送， 上海科学技术出版社1 9 8 2 1 2 【6 m a i n w a r i n gnj ，e ta 1 p e r m e a b i l i t ya 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 k s o l i d sm a t e r i a l si nr e l a t i o nt om o d e so f d 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 k s o l i d sh a n d l i n g ，1 9 8 7 ，7 ( 3 ) ：4 15 - - 4 2 5 7 】g a s t e r s t a d t j d i e e x p e r i m e n t e l l eu n t e r s u c h u n g d e sp n e u m a t i s c h e n f o r d e r v o r g a n g e s v d if o r s c h ，h e f t ，1 9 2 4 ，2 6 5 【8 】v o g te g ，w h i t er r f r i c t i o ni nt h ef l o wo fs u s p e n s i o no fg r a n u l a rs o l i d si ng a s e s t h r o u g hp i p e h a d e n g c h e m ，1 9 4 8 ，4 0 ( 9 ) ：1 7 3 1 1 7 3 8 9 】e s m a i l z a d e h ke i n ：p n e u m o t r a n s p o r t3 ，c r a n f i e l d ，b e d f o r d ：b h r af l u i d e n g i n e e r i n g ，19 7 6 ：d 3 3 3 d 3 4 2 【1 0 a l b r i g h tc w , h d d e njh ，s i m o u sh p , e ta 1 p r e s s u r ed r o pi nf l o wo fd e n s ec o a l a i r m i x t u r e i n d e n g c h e m 19 51 ，4 3 ( 8 ) ：18 3 7 一l8 4 0 11 w e nc y , s i m o n sh ef l o wc h a r a c t e r i s t i c s i nh o r i z o n t a lf l u i d i z e ds o l i d s t r a n s p o r t m c h ej ，19 5 9 ，5 ( 2 ) ：2 6 3 2 6 7 1 2 g e l d a r td ，l i n g s j d e n s ep h a s ec o n v e y i n go ff i n ec o a la t h i g ht o t a l p r e s s u r e s p o w d e rt e c h n o l y 1 9 9 0 ，6 2 ：2 4 3 2 5 2 【1 3 b a r t hw s t r o m u n g s v o r g a n g e b e i m t r a n s p o r t v 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 s t e i l c h e ni ng a s e nm i tb e s o n d e r e rb e r u c k s i c h t i g u n gd e rv o r g a n g eb c i p n e u m a t i s c h e r f o r d e r u n g c h e m i n g t e c h ，1 9 5 8 ，3 0 ( 3 ) ：1 7 1 1 8 0 1 4 】森川敬信混合比6 9 大tb 、空气输送。压力损失同本机械学会论文集，1 9 6 7 ， 3 3 ( 2 5 4 ) ：1 6 3 3 - 1 6 3 9 1 3 浙江大学硕士学位论文 15 s t e g m a i e rw z 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 g f e i n k o m i g e rf e s t s t o f f e f o r d e r na n dh e b e n ，1 9 7 8 ，2 8 ( 5 1 6 ) ：3 6 3 3 6 6 16 m u s c h e l k n a u t ze ，w o j a h nh a u s l e g u n gp n e u m a t i s c h e nf o r d e r a n l a g e n c h e m i n g 1 b c h 19 7 4 4 6 ：2 2 3 - 2 3 5 【1 7 1 b o h n e tm e x p e r i m e n t d l e t m dt h e o r e t i s c h e u n t e r s u c h u n g e n u b e rd a s a u f u i r b e l nu n d t r a n s p o r t f e i n e rs t a u b t e i l c h e n i n p n e u m a t i s e h a n f o r d e r l e i t u n g e n v d i - f o r s e h h e f t ，1 9 6 5 ，5 0 7 4 浙江大学硕士学位论文 第二章气力输送系统设计方法 气力输送系统的设计迄今仍是以经验为主，缺乏足够的科学性和灵活性，本 文在现有经验的基础上，把大量的理论公式推导应用到了整个设计过程中。在气 力输送系统的设计中，根据物料的特性、生产工艺、输送效率和经济性等因素， 正确选择气力输送类型( 浓相。稀相) 和输送方式( 正压，负压，复合) 是非常 重要的。 2 1 气力输送设计的要点 在选择输送系统之前，应该了解物料的种类、粒度、比重、水分、破碎性、 摩擦角、粘性以及毒性等特性。若物料与氧气会发生反应，则要采用氮气等惰性 气体输送；若物料具有毒性，则应采用负压式真空系统：若物料对温度敏感，就 有必要在输送管道中设置热交换器。 输送的距离是设计中的一个重要因素，对于负压系统，工作压力范围不仅限 制了输送率，而且还限制了输送距离。长距离高输送比输送时，管道的压损经常 会降低空气能量，引起输送能力的下降和局部管道的堵塞。在这种情况下，可以 考虑在管道中途设置增压器，通过补充能量来提高输送的压力，或者使用正、负 压混合系统进行输送。 输送时间内的最大输送量和平均输送量往往是使用部门给出的指标，也是设 计者设计时必须考虑的先决条件。物料在进入输送系统前和输遴完毕时。涉及到 供料和卸料方式。真空系统可以容纳多个供料点，因此供料从多个贮仓到可变贮 仓或者接受仓库时可以使用负压系统。 2 2 气力输送系统的设计计算方法 气力输送系统的设计计算方法就是根据已知的输送要求和技术参数，再加上 其它的一些实际应用中的限制条件，进行相关的气力输送系统的布局、管道的尺 寸和输送速度、输送压损等参数的选择和计算。一个好的系统设计方案同时还要 考虑到生产工艺性、运行效率等因素。 浙江大学硕士学位论文 2 2 1 工程设计方法 气力输送管道内的具体流动形态一般无法运用简单的函数进行描述，其流动 具有非定常性，由此直接建立的数学模型较为复杂，不能得到简单的解析结果。 通常工程设计方法运用工程经验设计方法，即根据相似理论和已有的实验数据和 图表、总结的经验公式来设计系统的工艺参数。不过这些经验公式都有一定的局 限性，当输送条件变化时，一般又要通过实验数据来提供作为系统设计的依据。 但往往试验的装置比较庞大，并且试验的成本较高，因而试验的研究受到了一定 的限制。这种依靠以前的输送经验和试验来设计系统的工艺参数系统改进周期 长，设计效率低。 2 2 2 计算机辅助设计方法 在气力输送的系统设计中，借助于计算机的强大的运算能力，可以将设计中 许多重复的、繁琐的、计算量大的部分由计算机来完成，而设计人员将注意力放 在关键性的设计步骤上，这就是计算机辅助设计，缩写c a d 。 计算机辅助设计借助于计算机的对气力输送系统内部的流场进行数值模拟， 在一定的程度上可以取代试验，为设计人员和提高输送效率提供丰富的流场信 息，达到降低设计成本、缩短研制周期的目的。近年来计算机技术飞跃发展，高 速、大容量、价格低的计算机相继出现，计算流体动力学的研究和应用也取得了 很大的进展，有限差分法、有限元法等算法在流体力学也取得了很多的研究成果。 因此数值模拟的可靠性、准确性、计算效率得到了很大的提高，计算模拟的结果 可以用来为系统设计、系统的性能预测等提供依据。 2 2 3 综合设计方法 上述两种方法各有优点，工程经验设计方法可以利用现实生产的经验数据和 试验结果；然而现实生产中工程试验的耗费较大，计算机模拟在计算机上进行模 拟管道中物料的输送，可以在一定的程度上节约试验费用，同时也可以得到比较 合理的现实试验参数。因此把两者结合起来进行气力输送系统的设计，对工程 设计具有重要的现实意义和实用价值。 6 浙扛大学硕士学位论文 2 3 气力输送的优化设计 尽管2 0 世纪中后期物料的气力输送技术得到了迅速的发展，但对输送系统 的设计迄今仍是以经验为主，如果设计中所涉及的物料与已有成熟经验的物料的 性能相差较大时，往往要通过试验乃至较大规模的试验来确认最终设计的结果， 这就使成本大大增加。 气力输送是在一定的条件下进行的，根据物料的特性、生产工艺、输送效率 和经济性等因素，正确选择气力输送类型是提高气力输送效率的关键。任何一种 气力输送系统都不是通用的，都有它特定的适用范围。 如何选择高效率、高效益的输送系统是从事气力输送研究人员和工程技术人 员比较关心的问题。根据以往的经验和理论的总结，认为在选择气力输送系统时， 应从下面几方面考虑。 ( 1 ) 输送物料的特性：在选择输送系统之前，首先应该了解物料的特性，如 物料的种类、粒度、比重、水分、破碎性、摩擦角、粘性以及毒性等。如果输送 的物料与氧气会发生反应，则要采用惰性气体如氮气进行输送。如果物料具有毒 性，则最好考虑使用负压的真空系统。当输送的物料对温度敏感时，就有必要在 输送管道中设置一个热交换器。当以往的一些经验不能应用时，进行输送测试可 以对解决潜在的问题提供比较有价值的依据。总之，只有在比较透彻了解各种物 性以后，才能作出最佳的选择。 ( 2 ) 输送距离：输送距离决定输送管的管长、直管与弯管的个数，这些参数 选取好坏对输送系统的效率有直接影响。对于负压系统而言，工作压力范围不仅 限制了输送率，而且还限制了输送距离。在长距离高输送比输送的情况下，常因 管道的压损而降低空气能量，引起输送能力的下降和局部管道的堵塞。这时可以 考虑在管道中途设置增压器，通过补充能量来提高输送的压力，或者使用正、负 压混合系统进行输送。 ( 3 ) 输送量：输送时间内的最大输送量和平均输送量。 ( 4 ) 供料和卸料方式：真空系统具有可以容纳多个供料点的优点，由于气体 动力源在卸货的末端，因此，供料从多个贮仓到可变贮仓或者接受仓库时可以使 用负压系统。例如当过程需要把产品从单一的供料仓送到多个接收仓库时，可以 利用正压系统的优点。 浙扛大学硕士学位论文 2 4 气力输送系统的主要参数 气力输送设计计算和试验研究的主要参数有： ( 1 ) 料气输送比 料气输送比通常指它们的重量( 或质量) 流量比 空气的流量比，简称料气比，可表示如