1.5　管道气力输送问题

气力输送是利用空气(或气体)流作为输送动力,在管道中输送粉粒状物料的一种技术集成系统,也就是利用具有一定压力和一定速度的气流,来输送粉粒状物料的一种输送装置。在气力输送管道中,混合介质是空气和粉粒物料,因而属于气固两相流。近些年来,气力输送发展很快,在粮食、粉煤灰、水泥、化工物料、矿粉、食盐、面粉、玻璃配合料、型砂等各方面得到广泛应用。

气力输送系统具有以下特点:

 气力输送是全封闭型管道输送系统,粉尘飞扬少,可实现环保要求。

 输送管道配置灵活,使工厂生产工艺流程更合理。

 运动零部件少,维修保养方便,易于实现自动化。

 散料输送效率高,降低了包装和装卸运输费用。

 能避免被输送物料的受潮、污损和混入其他杂质,保证了输送质量。

 在输送过程中可同时实现多种工艺操作过程,如混合、粉碎、分级、干燥、冷却、除尘等。

 对于化学性质不稳定的物料,可以采用惰性气体输送。

气力输送广泛地应用于电力、制药、食品、水泥、化工和冶金等众多领域。虽然气力输送较其他输送方式有诸多的优点,同时具有很好的应用前景,但目前气力输送系统的设计绝大多数是建立在传统经验的基础上,用计算流体力学的方法来研究气力输送过程的还比较少,导致在设计、优化以及系统的升级等方面存在很多问题。

目前国内有关气力输送的研究大部分是试验研究和简单的理论研究^[87⁃90],而用计算流体力学的方法来研究气力输送过程的还比较少。在管道气力输送数值仿真方面的研究大多是以使用商用软件或基于网格的方法为主,浙江大学杨辉等人就管道系统布局或者具体管道数值模拟的前、后处理中所采用的可视化技术进行了探讨^[91]。2005年,浙江大学的周俊虎等人在高浓度粉体气力输送试验台上,以压缩空气为输送介质,进行了两种粉体(黄沙、煤粉)的高浓度输送试验研究,试验得到了物料输送量与流化空气量的关系式,发现物料输送量和流化罐压力随着流化空气量的增加而增加;流化罐出口物料固气质量比随着流化空气量的增加而减小^[92]。

2005年,上海理工大学赵军等人以空气、粉煤灰和砂石作为工作介质,对气力输送管道中气固两相流的流动特性进行了试验研究,对管路系统的特性、操作条件、物料和气体的性质等影响气固两相流压力损失的主要因素进行了分析,并针对气力输送工程设计中的节能降耗问题给出了结论^[93]。

2006年,上海理工大学王晓宁等人采用自行设计的分支管路气力输送系统试验装置,在水平T形分支管道中,用压缩空气作为输送气体,对不同粒径的砂石进行气力输送试验,较好地模拟了实际工艺中气固两相在分支管道内流动时的流动状况和流量分配特性^[94]。

2007年,山东大学张道建根据参数提取、面向对象的粒子系统设计、碰撞检测与响应等,利用VC++6.0和OpenGL实现了基于微机平台的气力输送流型的虚拟可视化原型系统,并进行可视化界面设计、人机交互设计。其实现的系统可以调节气力输送参数,进行人机交互等,并给出了可视化运行的结果^[95]。

2001年,北京化工大学谢灼利等人对气相湍动能采用修正的k⁃ε二方程模型,颗粒相湍动能采用颗粒动力学方法,发展建立了气力输送的数学物理模型和计算方法,就垂直管中圆柱坐标系下二维悬浮稀相和密相动压气力输送过程进行了初步数值研究^[96]。

本书将在深入研究SPH方法及应用的基础上,尝试使用SPH方法来仿真气力输送过程。