散糧管道旋流氣力輸送流場特性研究

摘要：

針對(duì)旋流氣力輸送氣固多相流場相間作用復(fù)雜，缺乏相關(guān)流場理論及起旋技術(shù)與裝備研究等問題，開展散糧水平直管旋流氣力輸送特性研究。設(shè)計(jì)導(dǎo)流葉片式起旋器產(chǎn)生旋流場，為維持旋流輸送，設(shè)計(jì)側(cè)向補(bǔ)氣繼旋裝置。搭建試驗(yàn)平臺(tái)，以小麥顆粒為試驗(yàn)材料，開展針對(duì)旋流純流場與兩相流場特性試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，在旋流純流場中，入口風(fēng)速為15～20m/s時(shí)，系統(tǒng)靜壓損失最小，旋進(jìn)距離最遠(yuǎn)；在加入小麥顆粒的兩相流場中，入口風(fēng)速為20m/s時(shí)，旋流管內(nèi)顆粒分布均勻，靜壓標(biāo)準(zhǔn)差最小，輸送過程更加平穩(wěn)；散糧旋流氣力輸送繼旋試驗(yàn)中，當(dāng)主管風(fēng)速度為20m/s，補(bǔ)氣管風(fēng)速度為60m/s，主管與輔管夾角為45°時(shí)，流場輸送效果較好，系統(tǒng)能耗較小。驗(yàn)證導(dǎo)流葉片式起旋器和側(cè)向補(bǔ)氣繼續(xù)裝置設(shè)計(jì)的合理性。

關(guān)鍵詞：散糧；水平直管；旋流；氣力輸送

中圖分類號(hào)：TS210.3; S23

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-5553 （2025） 01-0099-07

Study on the flow field characteristics of cyclone pneumatic conveying of bulk grain pipeline

Yang Lei， Wang Long， Zhang Yongyu， Li Yingpeng， Xu Xuemeng

（School of Mechanical and Electrical Engineering， Henan University of Technology， Zhengzhou， 450007， China）

Abstract：

In view of the complex interphase action of gas-solid multiphase flow field， the lack of relevant flow field theory， spinning technology and equipment research， the characteristics of horizontal straight pipe cyclone pneumatic conveying of bulk grain were studied. In this paper， a vane rotor is designed to generate a swirl field. In order to maintain the swirl transport， a lateral air supply relay device is designed. A test platform was set up to study the characteristics of swirl pure flow field and two-phase flow field with wheat particles as the test material. The results show that when the inlet wind speed is 15-20m/s， the system static pressure loss is the smallest and the precession distance is the longest. When the inlet wind speed is 20m/s， the particle distribution in the swirl tube is uniform， the static pressure standard deviation is minimum， and the transport process is more stable. When the main air velocity is 20m/s， the air velocity of the supplementary pipe is 60m/s， and the Angle between the main pipe and the auxiliary pipe is 45°， the flow field conveying effect is better and the system energy consumption is less. The reasonableness of the design of vane rotor and side aeration continuation device is verified.

Keywords：

bulk grain; horizontal straight pipe; cyclonic flow; pneumatic conveying

0"引言

管道氣力輸送技術(shù)給糧食的減損、綠色運(yùn)輸提供了友好途徑^［1］。利用氣流所具有的能量，使物料在封閉的管道中輸送，因其在密閉的空間中輸送，輸送過程中不會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵和發(fā)生物料泄漏，在工廠、車間、港口粉料輸送中有廣泛運(yùn)用^［2］。但是在具體的應(yīng)用中，由于輸送物料的多樣性，氣力輸送技術(shù)往往會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題^［3］，比如稀相輸送時(shí)，因?yàn)槲锪系暮枯^低且輸送速度較快，不僅輸送能耗高而且還易造成物料的破碎和管道的磨損^［4］。濃相輸送時(shí)，輸送速度較低，可改善稀相輸送中的問題^［5］，但其對(duì)物料的性質(zhì)要求較高，只適用于存氣性較好的物料^［6］。

氣力輸送技術(shù)首次被提出是在18世紀(jì)初^［7］，經(jīng)過不斷的發(fā)展與完善，已經(jīng)在很多領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用^［8］。目前國內(nèi)外都已做了大量的研究工作，Orozovic等^［9］研究比較了稀相與密相氣力輸送壓降，發(fā)現(xiàn)壓降測量值與各種固體流速下的氣體質(zhì)量流率相對(duì)應(yīng)，驗(yàn)證了氣固兩相總壓降僅與兩相曲線有關(guān)，開發(fā)的模型可有效減少氣力輸送系統(tǒng)所需的試驗(yàn)次數(shù)。Lavrinec等^［10］通過改變初始段長度、入口速度以及固定層分?jǐn)?shù)研究了水平氣力輸送穩(wěn)態(tài)條件，發(fā)現(xiàn)料栓以指數(shù)形式向穩(wěn)態(tài)長度移動(dòng)，通過計(jì)算特征時(shí)間標(biāo)度衡量料栓向穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展的速度。Zhao等^{［11， 12］}改進(jìn)了CFD-DEM耦合方法中的壁面粗糙度模型和湍流模型，并分別計(jì)算了稀相和密相氣力輸送條件下壁面粗糙度和湍流隨機(jī)效應(yīng)對(duì)顆粒分散的影響，發(fā)現(xiàn)顆粒團(tuán)簇效應(yīng)和顆粒濃度隨載荷的增加而增加。郭喜龍^［13］研究了氣力輸送系統(tǒng)中真空發(fā)生器參數(shù)對(duì)真空度的影響，結(jié)果表明，最大真空度隨噴管面積比的增大而增大，面積比越大增長速率越低，在一定范圍內(nèi)真空度隨混合室直徑的增大而增大，超過最大值后隨混合室直徑的增大而減小。方薪暉等^［14］對(duì)煤粉氣力輸送管道壓降進(jìn)行了工藝模擬，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)壓降受顆粒質(zhì)量濃度影響，低氣速時(shí)，氣—固的曳力增大使管道壓降隨輸送壓力的增大而增大，高氣速時(shí)，輸送壓力的提高使管道內(nèi)固氣比降低從而壓降減小。

本文針對(duì)散糧顆粒塊度大、質(zhì)量大等特點(diǎn)，建立適用散糧顆粒的旋流氣力輸送系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一種側(cè)向補(bǔ)氣導(dǎo)流葉片式起旋器，針對(duì)旋流純流場與兩相流場開展流場特性試驗(yàn)研究，為散糧顆粒長距離氣力輸送技術(shù)的推廣應(yīng)用提供支持。

1"散糧顆粒旋流氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1"試驗(yàn)平臺(tái)

散糧顆粒管道旋流氣力輸送試驗(yàn)平臺(tái)如圖1所示，包括供氣裝置、供料裝置、起旋裝置與繼旋裝置、輸送管道和集料裝置部分，由空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐、冷干機(jī)、進(jìn)氣管、渦街流量計(jì)、倉泵、壓力變送器、起旋裝置、旋流輸送管、控制系統(tǒng)、高速攝像機(jī)、旋風(fēng)分離器和料倉等組成。

供氣裝置包括空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐和干燥器。氣流由空氣壓縮機(jī)提供，經(jīng)過儲(chǔ)氣罐以及干燥器，得到高壓干燥的輸送氣流。輸送氣流進(jìn)入輸送管道，輸送管道與旋流產(chǎn)生系統(tǒng)相連，產(chǎn)生渦旋氣流輸送物料。

供料裝置由倉泵構(gòu)成，倉泵為上引式，物料在倉泵中充分流化后由上出料口輸出到輸送管道中。

起旋裝置與繼旋裝置：輸送氣流經(jīng)輸送管道前端的穩(wěn)流直管后，變?yōu)檩S向輸送的規(guī)則流動(dòng)氣流，并經(jīng)由起旋器轉(zhuǎn)換為渦旋氣流，為了維持旋流形態(tài)，實(shí)現(xiàn)散糧管道持續(xù)旋流輸送，在管道中設(shè)置繼旋裝置。起旋器為自主設(shè)計(jì)的側(cè)向補(bǔ)氣導(dǎo)流葉片式起旋器，具有源頭起旋和輸送過程繼旋的功能。起旋裝置采用3D打印的方法加工，材質(zhì)為R4600樹脂。

輸送管道是散糧顆粒輸送的載體，根據(jù)輸送物料需要確定管道內(nèi)徑、直管總長度以及彎管數(shù)量。輸送管道采用PVC透明管道，每節(jié)PVC透明管道的長度為1m，管道與管道、管道與起旋裝置之間采用法蘭連接，便于起旋裝置的更換和管道長度的選擇。

集料裝置包括物料分離和收集兩部分。輸送物料經(jīng)過旋風(fēng)分離器被氣固分離后，收集到料倉中。物料被收集后，根據(jù)需要進(jìn)入后續(xù)加工和利用環(huán)節(jié)。

1.2"起旋裝置設(shè)計(jì)

起旋裝置如圖2所示，總長為0.4m，管道內(nèi)徑為0.1m，導(dǎo)流葉片數(shù)量為6個(gè)，橫截面（寬×厚）尺寸為0.02m×0.002m的螺旋狀結(jié)構(gòu)，右旋，螺旋角為25°，中間為空心殼體，兩端為錐形結(jié)構(gòu)。起旋裝置的管道與中間殼體通過螺旋葉片相連。

繼旋裝置采用切向進(jìn)氣補(bǔ)氣方式，如圖3所示。

旋流在形成后，其切向分量會(huì)因與管壁的摩擦而減弱，如果沒有旋流保持或增強(qiáng)裝置，旋流場會(huì)逐漸衰減成軸流場。因此，為了維持旋流形態(tài)，實(shí)現(xiàn)散糧管道持續(xù)旋流輸送，必須在管道中設(shè)置繼旋裝置。繼旋裝置可以重新給流場提供旋流能量，使衰減的旋流流場增強(qiáng)下去，達(dá)到持續(xù)旋流輸送的目的。

1.3"旋流輸送糧食顆粒工作流程

空氣經(jīng)空壓機(jī)壓縮后輸送到儲(chǔ)氣罐內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存，之后進(jìn)入空氣冷干機(jī)中進(jìn)行冷卻干燥，然后分別輸送至倉泵及進(jìn)氣管道。進(jìn)氣管道連接有氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)閥門，通過氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥可以調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力，通過氣動(dòng)閥門可以控制氣路的開關(guān)與閉合。氣動(dòng)閥門后面連接倉泵，氣流通過上下兩個(gè)進(jìn)氣口進(jìn)入倉泵，使倉泵中的糧食顆粒充分流化，流化后的氣固混合物料輸送至輸送管道，輸送管道的前端裝有起旋裝置，物料經(jīng)過起旋裝置的起旋作用形成旋流，通過繼旋裝置保持旋流，起旋裝置、繼旋裝置的旋流輸送管為PVC透明管道，用高速攝像機(jī)對(duì)管道內(nèi)顆粒流的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行記錄。PVC管道的部分位置安裝壓力傳感器和風(fēng)速測量儀，用于檢測該位置的壓力和風(fēng)速數(shù)據(jù)。糧食顆粒在旋流氣流的作用下輸送一段距離，最后由旋風(fēng)分離器氣固分離并收集到料倉中。

2"散糧管道旋流氣力輸送理論

為了模擬糧食顆粒氣力輸送過程，采用歐拉—拉格朗日耦合方法對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行建模，將氣相建模為連續(xù)相，將固體顆粒相建模為離散相，并計(jì)算粒子—粒子和粒子—壁面碰撞。耦合可以通過相間的動(dòng)量、能量和質(zhì)量的交換來實(shí)現(xiàn)。一般來說，流體相是通過定義流場中壓力、速度、溫度和物料濃度的分布來描述的。分散的固相可以通過每個(gè)粒子的大小、位置、線性關(guān)系和旋轉(zhuǎn)速度、溫度和物料濃度來描述。對(duì)計(jì)算序列進(jìn)行修改，以包括在兩相方程中對(duì)間相交換的評(píng)價(jià)。

用氣相計(jì)算單元中的局部平均變量表示的質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒方程的求解為

（ρξ）t+Δ（ξu）=0

（1）

（ρξu）t+Δ（ξuu）=

－ξΔp+Δ（ξτ）+（FD+FL+FM）+ξρg

（2）

式中：

ρ——?dú)怏w密度，kg/m³；

ξ——?dú)怏w的體積分?jǐn)?shù)；

u——?dú)怏w速度，m/s；

p——?dú)怏w壓力，N/m²；

τ——?dú)怏w應(yīng)力張量，N/m²；

g——重力加速度，m/s²；

FD、FL、FM——

阻力、升力、馬格努斯力，N。

糧食顆粒的平移運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算方程如式（3）、式（4）所示。

mpdupdt=Gp+FD+FL+FM+FC

（3）

dωpdt=TPIP

（4）

式中：

mp——顆粒質(zhì)量，kg；

up——顆粒速度，m/s；

Gp——重力，N；

FC——接觸力，N；

ωp——顆粒角速度，rad/s；

Ip——顆粒慣性矩，m⁴；

Tp——顆粒表面旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，N·m。

顆粒上的阻力FD計(jì)算如式（5）所示。

FD=β′Vpu－up（u－up）1－ξ

（5）

式中：

Vp——一個(gè)粒子的體積，m³；

β′——?dú)狻虘B(tài)阻力系數(shù)。

β′=

150（1－ξ）²uξdp²+1.75（1－ξ）ρdpξlt;0.8

34CDρξ^－1.65（1－ξ）u－upξ≥0.8

（6）

CD=

24ReRelt;0.5

24（1.0+0.25Re^0.687）Re0.5≤Re≤1 000

0.44Regt;1 000

（7）

Re=ξρdpu－upμ

（8）

式中：

dp——粒子的等效直徑，m；

CD——阻力系數(shù)；

Re——雷諾數(shù)；

μ——?dú)怏w的動(dòng)態(tài)粘度，kg/ms。

薩夫曼力FL^{［15， 16］}計(jì)算如式（9）所示。

FL=1.61CLdp²（μρ）^0.5（u－up）dudy^0.5

（9）

式中：

CL——薩費(fèi)曼升力系數(shù)；

du/dy——平均流量的剪切速率。

CL=

（1－0.331 4ψ^0.5）exp（1－

0.1Res）+0.331 4ψ^0.5Re≤40

0.052 4（ψR(shí)es）^0.5Regt;40

（10）

Res=u－updpup

ReG=uupp²up

ψ=ReGRes

（11）

馬格努斯力由方程（12）計(jì)算^［17］。

FM=18πρdp³ResReΩCM（0.5ω－ωp）（u－up）

（12）

CM=

0.45+ReΩRes－0.45

exp（－0.056 84ReΩ^0.4Res^0.3）

ReΩ=0.5ω－ωpdp²u

（13）

式中：

ω——?dú)怏w的角速度，rad/s。

3"散糧顆粒旋流氣力輸送試驗(yàn)研究

3.1"材料與設(shè)備

散糧顆粒旋流氣力輸送試驗(yàn)的輸送管道采用PVC材質(zhì)，全長7m。氣源采用開山BK22-8ZG型螺桿空氣壓縮機(jī)提供0～0.8MPa壓力范圍的空氣。靜壓信號(hào)采集選用美控MIK-P300型壓力變送器，設(shè)置5個(gè)壓力變送器，分別定義為測點(diǎn)1～測點(diǎn)5。流場信號(hào)采集選用 LUGB/E型渦街流量計(jì)。圖像信號(hào)采集選擇德國生產(chǎn)的pco.dimax HD型高速攝像機(jī)。輸送物料為散糧，選取開封杞縣剛收獲的小麥原糧。經(jīng)測量試驗(yàn)散糧顆粒的密度為1 350kg/m³。散糧顆粒的質(zhì)量流量約0.634kg/s，每次試驗(yàn)輸送約15～30kg散糧顆粒，試驗(yàn)時(shí)以出現(xiàn)穩(wěn)定輸送段為準(zhǔn)。

3.2"試驗(yàn)方法與過程

每組試驗(yàn)均重復(fù)3次，若所得試驗(yàn)結(jié)果差異顯著，剔除差異最大的試驗(yàn)結(jié)果，取接近的兩組均值作為最終結(jié)果，若3次試驗(yàn)差異不顯著，取3組均值作為最終結(jié)果。首先，打開進(jìn)料口，在倉泵中裝入一定質(zhì)量的散糧顆粒；然后，關(guān)閉進(jìn)料口，打開進(jìn)氣閥，往倉泵中充入壓縮空氣到目標(biāo)值；之后，打開壓力傳感器和高速攝像機(jī)進(jìn)行壓力信號(hào)和圖像信號(hào)的采集；最后，打開出料閥開始輸送過程，待輸送完成后，對(duì)壓力信號(hào)和圖像信號(hào)進(jìn)行保存。

3.3"結(jié)果與分析

3.3.1"旋流場軌跡

圖4為糧食顆粒群在輸送過程中某一時(shí)刻旋流場中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，顆粒群在某一時(shí)刻的分布可以看作是顆粒在不同時(shí)刻的軌跡，可以反映流場的運(yùn)動(dòng)跡線。可以看出，起旋裝置產(chǎn)生旋流流動(dòng)，擾亂軸向流場，使顆粒群的分布發(fā)生變化，顆粒群的分布發(fā)生改變代表顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化。此時(shí)，散糧顆粒流已經(jīng)形成完整的螺旋分布，說明設(shè)計(jì)的起旋裝置的確可以實(shí)現(xiàn)散糧管道輸送中旋流的產(chǎn)生，使散糧以旋流的方式輸送。

3.3.2"純流場靜壓值

圖5為不同入口風(fēng)速下純流場中各測點(diǎn)平均靜壓值的變化情況?？梢钥闯?，隨著輸送距離的增加，管道中流場的靜壓值呈下降趨勢，且同一條曲線相鄰兩段之間的靜壓壓降大小相似。原因是氣流與管壁的摩擦消耗了流場的能量，使靜壓減少，同一種輸送工況下，起旋裝置生成的旋流強(qiáng)度的衰減只依靠氣流與管壁的摩擦，氣流與管壁的特性沒有發(fā)生變化，所以同一條曲線相鄰兩段之間的靜壓壓降大小相似。不同入口風(fēng)速下旋流管內(nèi)平均靜壓值的下降速度不同，當(dāng)入口風(fēng)速較大和較小時(shí)，旋流流場各測點(diǎn)平均靜壓值下降較快，當(dāng)入口風(fēng)速適中時(shí)，旋流流場各測點(diǎn)平均靜壓值下降則較緩慢。當(dāng)入口風(fēng)速為15m/s時(shí)，旋流流場內(nèi)各測點(diǎn)靜壓值下降最慢，而當(dāng)入口風(fēng)速為20m/s時(shí)次之。造成這種情況的主要原因是：當(dāng)入口風(fēng)速較小時(shí)，旋流使空氣流速降低，從而增加了純流場的能量消耗；當(dāng)入口風(fēng)速較大時(shí)，旋流使流場紊流增強(qiáng)，從而增加了系統(tǒng)的能量消耗。即在純流場條件下，入口風(fēng)速適中時(shí)更有利于輸送。

3.3.3"輸送時(shí)靜壓值

圖6為輸送糧食顆粒時(shí)不同入口風(fēng)速下各測點(diǎn)平均靜壓值的變化情況?？梢钥闯?，加入物料后，各旋流輸送管內(nèi)流場靜壓的變化規(guī)律與純流場類似，都是隨著輸送距離的增加，管道中流場的靜壓值呈減小趨勢，并且在兩個(gè)測點(diǎn)之間的靜壓壓降數(shù)值大小也是接近的。與純流場比較，在旋流輸送管中，各個(gè)測點(diǎn)的靜壓值都有很大的增加，而且靜壓值的降低速度要比純流場快得多，造成這種情況的原因是，顆粒的加入對(duì)輸送系統(tǒng)來說起到了一定的阻礙作用，故而各個(gè)測點(diǎn)的靜壓值都有很大的增加。且在旋流輸送管的這一部分中，顆粒被擾動(dòng)起旋，與流場充分地發(fā)生了相互作用，所以壓降要比純流場快得多。當(dāng)入口風(fēng)速為15m/s、30m/s時(shí)，各測點(diǎn)的平均靜壓值減小速率很快，而在其他三種不同的風(fēng)速條件下，每個(gè)測點(diǎn)處的靜壓值下降幅度都是相近的。該現(xiàn)象說明，在輸運(yùn)過程中，旋流流場對(duì)靜壓力的維持能力較弱，且進(jìn)口風(fēng)速太大，在輸運(yùn)過程中會(huì)造成額外的能耗損失。

3.3.4"輸送時(shí)靜壓標(biāo)準(zhǔn)差

靜壓標(biāo)準(zhǔn)差可以反映顆粒在輸送系統(tǒng)內(nèi)的分布情況，進(jìn)而反映輸送系統(tǒng)的平穩(wěn)性。在不同入口風(fēng)速條件下，旋流輸送系統(tǒng)的靜壓標(biāo)準(zhǔn)差如圖7所示，可以看出，隨著入口風(fēng)速的增加，旋流輸送管內(nèi)靜壓標(biāo)準(zhǔn)差呈現(xiàn)出先降低后上升的趨勢。造成這種情況的主要原因是，在旋流輸送管中，由于旋流輸送管中的旋流流場的擾動(dòng)，使得散糧顆粒以螺旋形式向前運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)入口風(fēng)速較小時(shí)，起旋裝置產(chǎn)生的旋流流場較弱，不能維持一定的距離，因此，系統(tǒng)內(nèi)靜壓值波動(dòng)范圍較大。當(dāng)入口風(fēng)速適中時(shí)，旋流使物料均勻地分散管道之中，此時(shí)系統(tǒng)處于穩(wěn)定的輸送狀態(tài)，所以，旋流輸送管中的靜壓標(biāo)準(zhǔn)差有降低的趨勢。隨著入口風(fēng)速持續(xù)增加，旋流管輸送管內(nèi)旋流的切向速度也相應(yīng)增加，從而使散糧粒更容易形成螺旋輸送形態(tài)。當(dāng)入口風(fēng)速繼續(xù)大時(shí)，旋流輸送管中的靜壓標(biāo)準(zhǔn)差出現(xiàn)了增大的趨勢，原因是當(dāng)入口風(fēng)速過大時(shí)，則會(huì)增加旋流管中顆粒與壁面的碰撞幾率，造成顆粒在旋流管中的運(yùn)動(dòng)速度變慢，旋流節(jié)距變短，從而造成粒子在旋流管中的濃度升高，引起系統(tǒng)壓力的劇烈變化。因此，根據(jù)不同情況，有一個(gè)合適的入口速度，可以使散糧在氣力輸送管道中的輸送更為平穩(wěn)，例如此工況下入口風(fēng)速為20m/s的情況。

3.3.5"繼旋流場特性

為研究不同傾角補(bǔ)氣管對(duì)繼旋效果的影響，試驗(yàn)研究旋流補(bǔ)氣管傾角β分別為30°、45°、60°旋流場的特性，主輸送管的風(fēng)速速度設(shè)置為20m/s，補(bǔ)氣管的風(fēng)速速度設(shè)置為60m/s。試驗(yàn)過程與旋流輸送相同。試驗(yàn)在繼旋輸送管后端1m、2m、3m、4m、5m位置處分別安裝壓力傳感器，如圖8所示。

3.3.6"繼旋流場軌跡

圖9為糧食顆粒群在繼旋裝置β為45°，某一時(shí)刻產(chǎn)生的旋流場中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。可以看出，在繼旋流場中，由于切向氣流同時(shí)對(duì)散糧顆粒的擾動(dòng)作用，散糧在管道中分布更均勻。散糧顆粒按照螺旋形式貼壁流動(dòng)，這是因?yàn)榍邢蛩俣然狙毓艿垒S向?qū)ΨQ分布，管道中心的切向速度較小，越靠近管壁越大。此時(shí)，大部分顆粒被卷起，整個(gè)床層實(shí)現(xiàn)流化狀態(tài)輸送?？梢姡O(shè)計(jì)的切向補(bǔ)氣式繼旋裝置可以實(shí)現(xiàn)糧食顆粒輸送中的重新起旋，有利于散糧顆粒的輸送。

3.3.7"繼旋純流場靜壓值

圖10為繼旋流場內(nèi)各測點(diǎn)平均靜壓值的變化情況。當(dāng)繼旋裝置的β不同時(shí)，旋流管內(nèi)平均靜壓值的下降速度也不同。當(dāng)β為30°時(shí)，旋流流場各測點(diǎn)平均靜壓值的下降速率和輸送直管近似，當(dāng)β為45°和60°時(shí)，旋流流場內(nèi)各測點(diǎn)靜壓值的下降速率大于直管。原因是當(dāng)β為30°時(shí)，管內(nèi)的旋流流量占比較小，流場受到旋流的擾動(dòng)相對(duì)較小，所以此時(shí)的壓降速率接近于直管，當(dāng)β為45°時(shí)，旋流和原本的軸流兩種氣流混合，不僅會(huì)造成的平均氣體流速降低，而且也使得流場內(nèi)部的湍流增加，消耗部分能量，所以此時(shí)壓降速率大于β為30°時(shí)，當(dāng)β為60°時(shí)，流場內(nèi)部湍流更加劇烈，導(dǎo)致靜壓下降速率更大。在旋流所占比例較大的情況下，純流場中的能量消耗主要是因?yàn)樾魉斐闪鲌鐾牧鞯募觿∫鸬?。所以，在純流場中，旋流所占的比例越小，?duì)輸送越有利。

3.3.8"繼旋流場輸送時(shí)靜壓值

加入散糧顆粒后，各個(gè)旋流輸送管中的流場的靜壓值除了有很大的提高之外，其他的都與純流場類似，隨著運(yùn)輸距離的增加而降低，并且在同一條件下兩個(gè)測點(diǎn)間的靜壓壓降的數(shù)值也是近似的。與純流場比較，在旋流輸送管中，各個(gè)測點(diǎn)的靜壓值都有很大的增加，而且，靜壓值的降低速度要比純流場快得多，造成這種情況的原因是，在旋流輸送管的這一部分中，顆粒被擾動(dòng)起來做螺旋運(yùn)動(dòng)，分布在流場的中心，與流場充分地發(fā)生相互作用，所以壓降比較大。有繼旋裝置的輸送管道的各測點(diǎn)靜壓值的減小速率均大于無繼旋裝置的輸送直管，且單位距離內(nèi)旋流管道的靜壓下降速率隨著β的增加而增加，如圖11所示。與軸流場相比，旋流流場在輸送過程中對(duì)壓力的維持能力較弱，且較大的旋流占比在輸送過程中會(huì)造成額外的能量損失。

3.3.9"繼旋流場輸送時(shí)靜壓標(biāo)準(zhǔn)差

隨著繼旋裝置β的增加，旋流輸送管內(nèi)的靜壓標(biāo)準(zhǔn)差呈現(xiàn)出先降低后升高的現(xiàn)象，如圖12所示。造成這種情況的主要原因是，旋流輸送管中的旋流流場會(huì)將散糧顆粒攪動(dòng)，使得散糧顆粒以螺旋方式向前方輸送，呈現(xiàn)出低速穩(wěn)定的輸送狀態(tài)，散糧顆粒在管道中的分布更加均勻，靜壓也更容易保持一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的狀態(tài)，所以，旋流輸送管的靜壓標(biāo)準(zhǔn)差都比輸送直管小，且隨著繼旋裝置β的增加出現(xiàn)了先減小的情況。隨著繼旋裝置β的繼續(xù)增加，在旋流管道中的旋流強(qiáng)度也會(huì)增加，從而使散糧顆粒更易于形成旋流。但是，在較高的旋流強(qiáng)度下，旋流管中的顆粒與管壁的碰撞會(huì)更加劇烈。

4"結(jié)論

針對(duì)散糧顆粒體積大、質(zhì)量大等特點(diǎn)，建立適用于散糧顆粒的旋流氣力輸送系統(tǒng)，設(shè)計(jì)導(dǎo)流葉片式起旋器產(chǎn)生旋流場，為維持旋流輸送，設(shè)計(jì)側(cè)向補(bǔ)氣繼旋裝置，針對(duì)旋流、繼旋純流場與兩相流場開展流場特性試驗(yàn)研究，為散糧顆粒長距離氣力輸送技術(shù)與裝置的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1） 對(duì)不同入口風(fēng)速速度下的旋流純流場和加入散糧顆粒的氣固混合流場進(jìn)行氣力輸送試驗(yàn)，分析兩種流場中的靜壓值和靜壓標(biāo)準(zhǔn)差，發(fā)現(xiàn)在旋流純流場中入口風(fēng)速為15～20m/s時(shí)，系統(tǒng)靜壓損失最小，旋進(jìn)距離最遠(yuǎn)。在加入散糧的流場中，入口風(fēng)速為20m/s時(shí)，旋流管內(nèi)顆粒分布均勻，靜壓標(biāo)準(zhǔn)差最小，輸送過程更加平穩(wěn)。

2） 散糧旋流氣力輸送繼旋流場特性試驗(yàn)研究表明，當(dāng)旋流繼旋裝置主管風(fēng)速速度為20m/s，補(bǔ)氣管風(fēng)速速度為60m/s，繼旋輔管與主管的夾角為45°時(shí)，流場輸送效果較好，系統(tǒng)能耗較小。

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