中國(guó)粉體網(wǎng)訊  氣力輸送是一種采用密封式輸送管道的方式輸送物料的工藝過程。在氣力輸送過程中，由于顆粒-顆粒、顆粒-管壁的碰撞會(huì)造成顆粒的破碎和管道的磨損，這極大地制約著氣力輸送的發(fā)展。針對(duì)這一問題，研究人員想到在軸向氣流的基礎(chǔ)上加入切向氣流的方法來(lái)改善輸送情況。旋流的特征是沿管路存在著切向流動(dòng)。由于切向氣流的加入，可以擾動(dòng)軸向流場(chǎng)和沉積在管道底部的顆粒，使輸送系統(tǒng)可以在速度較小的情況下盡可能多的輸送顆粒，并且可以減少物料的沉降和管道堵塞的幾率。

旋流基理與應(yīng)用

旋流是一種復(fù)雜的流體運(yùn)動(dòng)形式，其本質(zhì)表現(xiàn)為流體在三維空間內(nèi)沿螺旋軌跡進(jìn)行有序運(yùn)動(dòng)。這種流動(dòng)現(xiàn)象具有獨(dú)特的動(dòng)力學(xué)特征，其流場(chǎng)內(nèi)部呈現(xiàn)出顯著的切向速度梯度分布，這種非均勻的速度場(chǎng)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的徑向壓力梯度，從而形成穩(wěn)定的渦旋運(yùn)動(dòng)。研究表明，切向速度分量不僅決定了流場(chǎng)的角動(dòng)量分布，還會(huì)通過科里奧利效應(yīng)顯著影響流場(chǎng)的湍流特性和能量耗散機(jī)制。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，旋流效應(yīng)因其獨(dú)特的流動(dòng)特性而被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域：在燃燒技術(shù)中，旋流可增強(qiáng)燃料與氧化劑的混合效率，提高燃燒穩(wěn)定性；在分離技術(shù)領(lǐng)域，利用旋流產(chǎn)生的離心力場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)不同密度物質(zhì)的高效分離；在噴射技術(shù)中，旋流可改善霧化效果，提高傳質(zhì)傳熱效率；此外，在排沙工程和氣力輸送系統(tǒng)中，旋流效應(yīng)也被用于優(yōu)化顆粒物的輸送和分離過程。隨著計(jì)算流體力學(xué)和實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，對(duì)旋流機(jī)理的研究不斷深入，為其在更多工程領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

旋流氣力輸送技術(shù)

旋流氣力輸送技術(shù)是一種新型的物料輸送方法，其核心原理是通過精確調(diào)控管道內(nèi)氣流的運(yùn)動(dòng)軌跡，在輸送過程中形成穩(wěn)定的旋流場(chǎng)或強(qiáng)化現(xiàn)有旋流強(qiáng)度。這種技術(shù)使被輸送物料在管道內(nèi)呈現(xiàn)螺旋狀運(yùn)動(dòng)軌跡，不僅顯著降低了顆粒物在輸送過程中的沉降概率，還能有效預(yù)防管道堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。該系統(tǒng)的起旋裝置具有靈活的安裝方式，既可配置在加速室前端用于初始旋流的生成，也可設(shè)置在加速室末端以強(qiáng)化已有旋流效果。

旋流起旋裝置的研究

在國(guó)外，H.Li等設(shè)計(jì)了一種由10到14片不同傾斜角度的葉片沿圓周方向均布構(gòu)成的旋流起旋裝置，該裝置在氣力輸送系統(tǒng)中被安裝在入料口前端，使氣相形成旋流后再混合入固相顆粒，從而達(dá)到旋流輸送的目的。

M.Pashtrapanska等設(shè)計(jì)了一種蜂窩狀起旋結(jié)構(gòu)的起旋裝置，其原理是在輸送管道中通過布置一定數(shù)量和一定螺旋排列的細(xì)管，當(dāng)氣流通過時(shí)引導(dǎo)氣流形成旋流。

S.Fokeer等使用的起旋裝置整體呈麻花狀，通過管壁對(duì)氣流的約束作用形成旋流，兩端通過法蘭與輸送管道連接，可安裝在輸送管道的任意位置處。

T.Bali等設(shè)計(jì)了一種起旋裝置，該起旋器裝置后部采用三根輪輻作為支撐，前部為葉片結(jié)構(gòu)，前后兩部分通過中間細(xì)長(zhǎng)軸連接，通過試驗(yàn)研究了其產(chǎn)生旋流場(chǎng)的衰減規(guī)律。

A.D.Rocha設(shè)計(jì)了一種沿管道軸向螺旋線設(shè)有12個(gè)葉片的起旋裝置，其前部為半球面，后部為長(zhǎng)錐體結(jié)構(gòu)，中間通過實(shí)體支撐，葉片布置在實(shí)體和管道之間，這樣設(shè)計(jì)的目的是降低起旋裝置結(jié)構(gòu)對(duì)氣流的影響。

在國(guó)內(nèi)，周甲偉等開發(fā)了一種側(cè)進(jìn)口導(dǎo)葉旋流發(fā)生器，該旋流發(fā)生器主要由進(jìn)氣管、一對(duì)法蘭、殼體、導(dǎo)葉管和出水管組成。軸向流（氣體或氣固混合物）通過入口進(jìn)入旋流發(fā)生器，切向流從殼體側(cè)進(jìn)口進(jìn)入，在螺旋葉片的引導(dǎo)下產(chǎn)生切向氣體運(yùn)動(dòng)。旋流與軸向流和切向流結(jié)合，從出口流出。旋流強(qiáng)度是通過切向流和軸向流的比值設(shè)定來(lái)控制。

李建平等設(shè)計(jì)了一組旋流試驗(yàn)管，由一根主輸送管和兩根輔助旋流管（旋流發(fā)生器）組成，副旋管周向與主輸送管相切，與軸向成45°角。旋流管前段直管用于穩(wěn)定氣流，后段直管用于觀察旋流對(duì)顆粒氣力輸送的影響。

旋流氣力輸送的研究

在國(guó)外，H.Li等對(duì)旋流氣力輸送進(jìn)行了大量研究，發(fā)現(xiàn)了旋流強(qiáng)度衰減規(guī)律，從而得出旋流氣力輸送可以減少壓力損失、降低輸送能耗和最小輸送氣流速度。A.F.Najifi等通過理論分析，利用四階龍格-庫(kù)塔法，給出了連續(xù)方程和動(dòng)量方程的數(shù)值解，并使用Fluent軟件對(duì)流體在管道內(nèi)旋流場(chǎng)中的衰減特性進(jìn)行了CFD分析，將兩者所得的結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)結(jié)果基本一致。S.Fokeer等通過數(shù)值模擬和試驗(yàn)，對(duì)三葉螺旋管引導(dǎo)的旋流場(chǎng)中各個(gè)部位的軸向、切向和徑向的速度分布進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，旋流的各個(gè)方向的速度分布沿流場(chǎng)位置變化與雷諾數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且旋流強(qiáng)度的衰減符合指數(shù)規(guī)律。

在國(guó)內(nèi)，孫西歡通過理論分析和試驗(yàn)的方法對(duì)旋流的起旋方式和起旋效率進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)內(nèi)螺旋起旋器的直徑、長(zhǎng)度、導(dǎo)葉數(shù)、導(dǎo)葉高度和導(dǎo)葉包角對(duì)圓管螺旋流的產(chǎn)生有著重要影響，管中心壓強(qiáng)最小而管壁處壓強(qiáng)最大。侯春江采用Fluent軟件對(duì)省煤器輸灰主管道進(jìn)行優(yōu)化，通過直管和旋流管的對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)旋流管可以減少顆粒的沉降，提高輸送性能，且葉片數(shù)和角度存在最佳值，使輸送流暢度顯著提升。

小結(jié)：

氣力輸送技術(shù)作為一種重要的物料輸送方式，其發(fā)展經(jīng)歷了多個(gè)技術(shù)革新階段。在技術(shù)應(yīng)用初期，軸流式氣力輸送方法因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便而得到廣泛應(yīng)用。然而，隨著需要輸送的物料種類日益增多，物料的物理特性也呈現(xiàn)出顯著的差異性，包括顆粒大小、形狀、密度、濕度等參數(shù)的變化，這使得傳統(tǒng)軸流式氣力輸送方法逐漸暴露出諸多技術(shù)局限性。旋流氣力輸送在粗顆粒、水平短距離、低-中固氣比條件下可降低臨界氣速與比能耗。未來(lái)需突破高固氣比、長(zhǎng)距離管路的“顆粒-旋流-管壁”多尺度數(shù)值模型，從而推動(dòng)旋流輸送從實(shí)驗(yàn)室走向大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。

參考來(lái)源：

1、王龍.散糧管道旋流氣力輸送關(guān)鍵技術(shù)研究

2、尚坤.基于氣固耦合散糧旋流氣力輸送顆粒拾取機(jī)理及起旋研究

3、粉體網(wǎng).快速了解氣力輸送系統(tǒng)？來(lái)看這里！

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）

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