(5)由於顆粒之間或與管壁碰撞而產生的跳躍,或受到反作用力的作用在垂直方向的分力。
這些力共同作用的結果,使得顆粒在水平氣流中不斷處於懸浮狀態並呈懸浮狀態輸送。並且水平管道中的氣流速度越大,顆粒懸浮的升力就越大,越有利於物料輸送,但同時能量消耗也增大,因此物料顆粒在水平管道中的安全輸送是需要消耗較高能量的,所以,設計氣力輸送裝置時盡可能選取最短的水平管段就是這個原因。同時可以知道,水平輸料管道內物料的運動軌跡不是一條直線,而是顆粒懸浮和沉降交替出現的不規則曲線運動。
3.輸料管斷麵氣流速度分布
純空氣管流時,有效斷麵上空氣流動為紊流流型時氣流速度的分布為對數曲線,在管道軸心線上速度具有最大值,而且速度分布對稱於管道的軸心線。
在空氣中混有物料流動時,即氣力輸送管道中,氣流速度分布有很大的變化,在水平輸料管中最大速度的位置移到了管道軸心線之上。
在水平管道中,由於顆粒的重力作用,越接近管底物料分布越密,因此,使管底的空氣流動受到阻礙,速度也就減小。較低的氣流速度又會導致顆粒的速度減小,最後影響到物料的輸送,嚴重時,會出現物料在管底停滯而管道堵塞現象。
不論在垂直輸料管或是水平輸料管中,氣流速度均成紊流流型,而且管道中氣流速度的分布總是管道中心區域速度大,管壁區域速度低,而氣流中的物料總是存在由高速區向低速區運動的趨勢。所以,選用輸料管中氣流速度時,應保證在氣流速度分布較低區域,不致造成顆粒停滯為基準,尤其在選用水平輸料管輸送風速時更是如此。
4.氣力輸送的壓損特性
物料顆粒在管道中呈懸浮狀態輸送時,總存在著顆粒間或與管壁之間的碰撞或摩擦,這樣會使顆粒損失一部分從氣流那裏得到的能量,即氣流具有的能量的一部分要消耗在顆粒與管壁的碰撞或摩擦上,而這部分能量損失是以氣流壓力損失的形式表現出來的。一般,氣流速度越大,壓力損失越顯著;而氣流速度減小時,顆粒又會產生停滯現象,加劇顆粒與管壁的摩擦,壓力損失反而增大。
氣力輸送輸料管內為空氣和固體物料的混合物,在流體力學中稱為氣-固兩相流。氣-固兩相流的壓損特性與純空氣(單相流)流動的壓損特性顯著不同,兩相流的壓損特性曲線兩相流的壓損特性曲線可分為三個階段。
(1)物料與氣流的啟動加速段a~b段。在這一階段,由於剛喂入輸料管的物料顆粒初速度較低或者基本接近於零,而正常的管道物料輸送速度需要達到16~20m/s以上,因而物料喂入管道之後,物料與空氣都有一個啟動、加速的過程。而物料的啟動、加速過程需要較高的能量,同時由於在該段空氣與物料顆粒之間的相互作用引起的能量損失也較大,因而,在該段兩相流的壓損與隨氣流速度的增加而急劇增加。
(2)物料的間斷懸浮段b~c段。這一階段表明,物料粒子由加速運動向懸浮運動過度。顆粒本身的速度增大,從而使顆粒與顆粒之間、顆粒與管道內壁之間的碰撞、摩擦等引起的能量損失減少,這一能量損失的減小值超過了因使顆粒增速所引起的空氣流動能量損失增大的程度,使得該段兩相流的總壓損隨流速的增加而減小。
當流速增加到數值VC時,物料顆粒達到完全懸浮狀態,壓損最小。
(3)物料的完全懸浮段c~d段。壓損曲線的c~d段表示物料顆粒完全處於懸浮狀態,並被正常輸送。在本階段,物料顆粒均勻地懸浮在整個管道斷麵上,壓損隨流速的增大而增大。此時的壓損特性曲線增大趨勢與純空氣單相流的壓損特性曲線基本一致。
兩相流的壓力損失除與輸送氣流速度有關外,也與物料的性質有關。容重大、具有尖角的不規則顆粒,壓損也大。
對於容重和表麵粗糙度大致相同的物料,其粒度分布越廣,壓損也就越大。顆粒大小不一時,其速度、碰撞次數、加速度等運動情況不一樣。小粒徑顆粒比大粒徑顆粒更容易加速,所以,從後麵追上來的小顆粒就更多,並且小粒徑顆粒容易追過大粒徑顆粒並和大粒徑顆粒碰撞。所以,顆粒碰撞會損失一部分顆粒的動能,另外,大粒徑顆粒後產生的旋渦也有可能將小粒徑顆粒卷入,因此造成顆粒運動更為不規則,使壓力損失增大。
三、氣力輸送係統的主要參數
氣力輸送係統的主要參數指計算物料量、輸送濃度和輸送氣流速度等。這些參數的合理選擇和確定,對氣力輸送裝置的設計計算、是否經濟可靠等具有重要意義。
1.計算物料量
在進行氣力輸送的設計計算時,必須考慮氣力輸送裝置運行時產量的波動性對係統的影響,即所設計的氣力輸送裝置能夠滿足最大輸送量。計算物料量(G算)就是在按工藝要求的平均輸送產量基礎上再增加一定的餘量而得到的。G算=KαG(t/h)(6-11)式中G——輸料管的實際平均產量,t/h;
K——遠景發展係數,K=1.0~1.2(無特別說明一般取K=1.0);
α——安全係數,α=1.0~1.2。
安全係數是考慮工藝、操作以及物料等因素變化可能引起輸送量變化而在實際輸送量的基礎上又增加了0~20%餘量的一個係數。如果單純追求安全輸送而選取較大的安全係數,將會造成設備龐大、增加投資和動力消耗高。
麵粉廠氣力輸送的安全係數一般在1.05~1.20之間。
2.輸送濃度
為了表示管道內物料量的多少,氣力輸送中一般用輸送濃度表示。輸送濃度(μ)也稱為混合比。
輸送濃度指單位時間內通過輸料管有效斷麵的物料質量與空氣質量的比值,也表示1kg空氣能夠輸送多少千克的物料。輸送濃度用下式計算:μ=msma=msQρa(kg/kg)(6-12)式中ms——輸料管中物料質量流量[ms= G算×1000( kg/h)],kg/h;
ma——輸料管中空氣質量流量[ma= Qρa(kg/h)],kg/h;
Q——輸料管中空氣流量,m3/h;
ρa——輸料管中空氣密度,kg/m3。
輸送濃度大,即單位質量空氣輸送更多的物料,有利於增大輸送能力。這時壓力損失將增加,但所需的空氣量將減小,因而輸送所需的功率也將減少。同時,輸料管管徑、分離器、除塵器設備等的尺寸也會減小。但是輸送濃度選取的過大,易造成輸料管物料輸送不穩定,造成堵塞、掉料,而且使用的空氣量較少,影響設備和物料的冷卻。