固气两相流输送理论简介

3.1固气两相流输送理论 载气式送粉器主要依靠动能把粉末均匀、稳定地输送出来，辅之以气体分散和运输，粉末容易分散均匀及流畅运输。因此送粉器的结构 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和送粉器的应用都要用到固气两相流输送的相关理论。 3.1.1固气两相流输送原理 固气两相流，也称气力输送，是一种利用空气流作为输送动力在管道中输送粉粒状颗粒料的方法。 物料在管道中的流动状态实际上很复杂，主要随气流速度及气流中所含的物料量和物料本身料性的不同而显著变化。通常，当管道内气流速度很高而物料量又很少时，物料颗粒在管道中接近于均匀分布，并在气流中呈完全悬浮状态被输送，见图3-1（a）。随着气流速度逐渐减小或物料量有所增加，作用于颗粒的气流推力也就减小，使颗粒速度也相应减慢。加上颗粒间可能发生碰撞，部分较大颗粒趋向下沉接近管底，这时管底物料分布变密，但物料仍然正常地被输送，见图3-1(b)。当气流速度再减小时，可以看到颗粒成层状沉积在管底，这时气流及一部分颗粒从它的上层空间通过。而在沉积层的表面，有的颗粒在气流的作用下也会 向前滑移，见图3-1(c)。当气流速度开始低于悬浮速度或者物料量更多时，大部分较大颗粒会失去悬浮能力，不仅出现颗粒停滞在管底，在局部地段甚至因物料堆积形成“砂丘”。气流通过“砂丘”上部的狭窄通道时速度加快，可以在一瞬间将“砂丘”吹走。颗粒的这种时而停滞时而吹走的现象是交替进行的，见图3-1(d)。如果局部存在的“砂丘”突然大到充填整个管道截面，就会导致物料在管道中不在前进。如果设法使物料在管道中形成料栓，见图3-1(e)。也可以利用料栓前后的压力差推动它前进。 以上所说的物料气力输送流动状态中，前三种属于悬浮流，颗粒是依靠高速流的气流动压被输送的，这种流动状态也称为动压输送。后两种属于集团流，其中最后一种称为栓流，物料依靠气流的静压输送的。第四种则动、静压的作用均存在。 3.1.2混合比 混合比是指两相流中物料量与空气量的比值，由于它反映了输送量和输送状态的标准，是两相流的重要参数之一。混合比也称质量浓度，是指通过输料管断面的物料质量流量qωs与气体质量流量qωa之比，即： （3-1） 式中: ————物料质量流量（kg/h）； ————气体的密度（kg/m3）； ————气体质量流量（kg/h）； ————气体流量（m3/h）。 在气力输送系统设计时，混合比高，有利于提高输送能力，所消耗的气体量就小。但是混合比过高，则在悬浮状态下输送物料时，输料管易产生堵塞，且管道中压力损失也增大。 3.1.3沉降速度和悬浮速度 沉降速度：当某物体在无限的静止流体中，在浮重（重力与浮力之差）Ws作用下而自由下落（对于相对密度较小的杂质，在液态金属中则为自由上浮），下落速度逐渐增大。最后当下降速度达到某一最大值v0，而使阻力与浮重相等时，物体就以这一最大速度作恒定的等速沉降。此最大恒定速度v0就叫做该物体的沉降速度，因为没有其他物体和管壁等干扰影响和限制，所以也称为自由沉降速度，如图3-2（a）所示。 悬浮速度：在管道中，如果流体以等于固体的自由沉降速度向上运动时，则固体将处在水平上呈摆动状态，既不上升也不下降，此时流体的速度就叫做该物体的自由悬浮速度。其和自由沉降速度大小相等，方向相反，如图3-2（b）所示。 在气力输送的气固两相流中，一般被输送的物料，大都是不规则形状的颗粒。物料颗粒形状对悬浮速度有较大影响；在同类等重物料中，以球形颗粒的悬浮速度为最大，其他不规则形状颗粒的悬浮速度则相应较小。此外，在气力输送情形，在管道中的物料不是单个颗粒，而是颗粒群。这时颗粒的沉降不仅受到流体阻力，还要受到其他颗粒的干扰阻力。这时沉降（即悬浮）速度值与颗粒群浓度有关，浓度大，则沉降速度减小。浓度相同时，颗粒越细，颗粒数目越多，一方面颗粒体表面积就越大、阻力增大；另一方面颗粒间摩擦、碰撞机会就越多，阻力增大、使沉降速度更为减小。所以颗粒群的干扰沉降速度，即颗粒群的悬浮速度比单颗粒的自由沉降速度小。 3.1.4管道堵塞的原因分析 在载气式送粉器中，当用气体输送粉末时，由于管道中物料的流动状态实际上复杂多变。物料颗粒有时会从气流中分散出来，或者沉降在管底形成料团，或者粘附于管壁上并逐渐增厚。一旦在某个局部管段堆积的料团，发展到充塞于整个管道截面而又滞留不动时，这就会导致输送过程完全停止。这种现象，我们称为“堵塞”。一旦出现“堵塞”，粉末就不能输送出来，从而严重影响生产，造成人力和物力的浪费。所以必须弄清堵塞产生的原因并采取有效的防止措施。 经过理论推导和实验验证，产生堵塞的原因主要有以下几种原因： （1）工艺参数选择不当 输送气流速度和混合比是装置系统的主要工艺参数。按理说，只要用来输送物料的气流速度大于所输送物料的悬浮速度，颗粒就会悬浮起来并被气流推动。但由于颗粒相互间或与管壁间的碰撞、摩擦和粘附作用，加上管道中的气流速度不均以及其他因素的影响，实际输送气流速度要远大于物料悬浮速度。对于激光涂敷来说，用小的气流速度输送出粉末，可以提高粉末的利用率。同时还可以降低能耗、减小管道磨损。但如果气流速度过小，物料流动状态就会变差，容易引起堵塞。因此，对于送粉器的输送气流速度应该有一个合适的值。 管道中混合比在一定范围内越大，越有利于节能，提高输送效率，但混合比过大，即使在同样的气流速度下也会引起管道的堵塞。因此，为了正常输送粉末，在加大送粉量的同时，也要加大气流量，以保持有利于输送的混合比。 （2）物料料性的影响 （a）颗粒形状和粒度分布 物料颗粒的形状及其粒度分布对堵塞产生的难易程度有很大影响。球形颗粒形成的料团比立方体颗粒容易堵塞。对具有尖角的不规则形状颗粒彼此接触时，锲入角往往较小，因此容易堵塞在管道中。此外，即使颗粒表面粗糙度大致相同的物料，粒度分布广的，也就是大小颗粒混杂在一起，由于小的颗粒易于锲入到大颗粒之间，也容易堵塞。 (b) 粘附性 气力输送时，如果物料粘附在管壁或自行结块，不仅降低输送能力，而且是导致管道堵塞的原因之一。当被输送的物料是混合配料，其中混合有带粘性的细粉料时，同样会因产生粘附层而导致堵塞。这种情况主要发生在弯管部位，在弯管部位，气流由于转弯产生的离心力，将较轻的粉料甩出，再由气流的冲击力将它们逐渐压在弯管外侧。 (c) 当物料含水分较大时，物料容易结块，从而堵塞管道。因此，当用气力输送物料时，如果物料较为潮湿，常先对其干燥。 (d) 静电作用 干燥的塑料粉或颗粒虽然不具有粘性，但气力输送时由于摩擦起电效应，使颗粒带电荷而产生引力，同样会在管壁上产生粘附层或结块。气流速度越快，摩擦起电的现象也就越严重。 3.1.5固气两相流输送理论在送粉器中的应用 在载气式送粉器的输送粉末过程中，载流气体起着非常重要的作用。载流气体的过大与过小都会影响着粉末的输送。过大虽可以使粉末输送出去，但将会使粉末的利用率明显降低；过小会使粉末输送不流畅，从而造成堵塞。因此设计送粉器使要注意以下几点： （1）在载气式送粉器的设计中密封是一个关键，如果密封不好，将不能正常输送出粉末。即使能输送，由于在粉轮腔内不能形成一个稳定的压力，而导致输送的粉末流束不均匀。 （2）要保证粉末的正常输送，就必须使用来输送粉末的气流速度大于所输送的物料悬浮速度，颗粒就会悬浮起来并被气流推动。但由于颗粒相互间或与管壁间的碰撞、摩擦和粘附作用，加上管道中气流速度不均以及其他因素的影响，实际输送气流速度要远大于物料悬浮速度。                                （3）要保持合适的混合比。在悬浮状态下输送物料时，若是混合比过高，则料管易产生堵塞，且管道中压力损失也增大。若悬浮比过小，虽然合金粉末能较流畅地输送出去，但较大的气流会严重降低金属粉末的利用率。 （4）防止堵塞是送粉器设计和应用的关键。除了保持适当的气流速度超过悬浮速度和保持适当的混合比之外，也要注意所输送粉末的料性，在输送金属粉末时，主要是保持粉末的干燥。防止粉末潮湿粘在管壁上，甚至结块而产生堵塞。如果粉末较湿，在用时要对其进行烘干处理。