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气力输送系统技术含量低?流体力学告诉你事情并不简单

  • 宏工网络部
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气力输送系统在很多人看来技术含量不高,机械组件简单,仪器和控制装置不复杂。但是实际上,气力输送的物理和数学计算是复杂且具有挑战性的。各种不确定因素导致气力输送系统选择,规格和操作上的不适当。

行业中的大多数气力输送系统都是稀相气力输送系统,其中气体速度相对较高,而固体含量较低。有多种选择可以使这些系统可靠地工作。大口径的管道和输送的气体速度远高于最小值,这是安全的选择(但是效率低下)。出于经济成本和节约能源的考虑,很多用户希望能降低气力输送的成本,推动了气力输送技术的发展。通过以下方式使气力输送更加节能:

气力输送系统
优化稀相气力输送系统或转向浓相气力输送。然而,与使系统不稳定并易于阻塞的危险相比,优化稀相气力输送系统的提升空间不大。设计浓相气力输送系统能大大提升输送效率,但是浓相气力输送系统允许的误差幅度要小得多。因此,需要基于对输送系统中的物理机制的基本理解来建立可靠的设计实验。

要了解和描述各种长度尺度上的行为,就需要在实验,测量技术,数学建模和数值模拟方面进行创新。方便地以宏观,中观和宏观的层次来讨论这些长度尺度。微观级别指示在单个粒子级别发生的过程,例如粒子-粒子接触力学。宏级别需要更多的系统或全局视图,例如系统压力下降。中观水平介于两者之间。

气力输送控制箱

在微观层面上,许多工业和学术研究工作都致力于通过离散元素方法(DEM)对粒子组件的行为进行建模。在这种方法中,每个粒子都被视为模型中的一个元素,并且粒子的运动可以通过牛顿力学来描述。现在可以使用通过阻力项耦合到计算流体力学(CFD)软件的商业DEM代码。使用CFD自适应网格划分,Lattice Boltzmann模拟和平滑粒子流体动力学研究了微观尺度的流体-粒子相互作用。在这些情况下,阻力和升力是从模拟本身而不是通过施加经验系数得出的。这种规模的实验工作包括诸如接触力研究中的原子力显微镜技术以及粒子和气体运动中的激光多普勒测速仪等技术。这里的挑战是颗粒的数量,不规则的颗粒形状和模型湍流。

向上移动长度尺度意味着牺牲细节并转向统计方法来描述中尺度的粒子系统行为。一种流行的方法是将微粒组件视为伪流体或连续体。统计物理学和颗粒动力学理论的提出导致了气力传输的模拟。颗粒动力学理论的版本已经在一些商业法规中实现。该模型需要连续的性质,可以通过台式流变仪或通过微观模拟获得的数据来通过实验建立。

气力输送解包站

最后,有一个宏观的认识。通常,这是基于传统单相流体力学的扩展,其中诸如碰撞或流体阻力导致的动量损失之类的细节被吸收到与D'Arcy处理类似的一些通用摩擦项中。这可以是整个系统术语,也可以分解为管道组件,可以在其中进行比较并为中尺度模拟提供反馈。但是,这些术语仅对一种特定材料有效,并且是在大型测试设备中通过实验确定的。

如果目标是实现气力输送系统可靠的设计而不需要对每种新粉体物料都进行连续的全面气力输送试验,那么显然需要有一些模型,这些模型将熟悉的基准规模数据作为输入并输出性能数据。

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