1.5　管道氣力輸送問題

氣力輸送是利用空氣(或氣體)流作為輸送動力,在管道中輸送粉粒狀物料的一種技術集成系統,也就是利用具有一定壓力和一定速度的氣流,來輸送粉粒狀物料的一種輸送裝置。在氣力輸送管道中,混合介質是空氣和粉粒物料,因而屬于氣固兩相流。近些年來,氣力輸送發展很快,在糧食、粉煤灰、水泥、化工物料、礦粉、食鹽、面粉、玻璃配合料、型砂等各方面得到廣泛應用。

氣力輸送系統具有以下特點:

?氣力輸送是全封閉型管道輸送系統,粉塵飛揚少,可實現環保要求。

?輸送管道配置靈活,使工廠生產工藝流程更合理。

?運動零部件少,維修保養方便,易于實現自動化。

?散料輸送效率高,降低了包裝和裝卸運輸費用。

?能避免被輸送物料的受潮、污損和混入其他雜質,保證了輸送質量。

?在輸送過程中可同時實現多種工藝操作過程,如混合、粉碎、分級、干燥、冷卻、除塵等。

?對于化學性質不穩定的物料,可以采用惰性氣體輸送。

氣力輸送廣泛地應用于電力、制藥、食品、水泥、化工和冶金等眾多領域。雖然氣力輸送較其他輸送方式有諸多的優點,同時具有很好的應用前景,但目前氣力輸送系統的設計絕大多數是建立在傳統經驗的基礎上,用計算流體力學的方法來研究氣力輸送過程的還比較少,導致在設計、優化以及系統的升級等方面存在很多問題。

目前國內有關氣力輸送的研究大部分是試驗研究和簡單的理論研究^[87?90],而用計算流體力學的方法來研究氣力輸送過程的還比較少。在管道氣力輸送數值仿真方面的研究大多是以使用商用軟件或基于網格的方法為主,浙江大學楊輝等人就管道系統布局或者具體管道數值模擬的前、后處理中所采用的可視化技術進行了探討^[91]。2005年,浙江大學的周俊虎等人在高濃度粉體氣力輸送試驗臺上,以壓縮空氣為輸送介質,進行了兩種粉體(黃沙、煤粉)的高濃度輸送試驗研究,試驗得到了物料輸送量與流化空氣量的關系式,發現物料輸送量和流化罐壓力隨著流化空氣量的增加而增加;流化罐出口物料固氣質量比隨著流化空氣量的增加而減小^[92]。

2005年,上海理工大學趙軍等人以空氣、粉煤灰和砂石作為工作介質,對氣力輸送管道中氣固兩相流的流動特性進行了試驗研究,對管路系統的特性、操作條件、物料和氣體的性質等影響氣固兩相流壓力損失的主要因素進行了分析,并針對氣力輸送工程設計中的節能降耗問題給出了結論^[93]。

2006年,上海理工大學王曉寧等人采用自行設計的分支管路氣力輸送系統試驗裝置,在水平T形分支管道中,用壓縮空氣作為輸送氣體,對不同粒徑的砂石進行氣力輸送試驗,較好地模擬了實際工藝中氣固兩相在分支管道內流動時的流動狀況和流量分配特性^[94]。

2007年,山東大學張道建根據參數提取、面向對象的粒子系統設計、碰撞檢測與響應等,利用VC++6.0和OpenGL實現了基于微機平臺的氣力輸送流型的虛擬可視化原型系統,并進行可視化界面設計、人機交互設計。其實現的系統可以調節氣力輸送參數,進行人機交互等,并給出了可視化運行的結果^[95]。

2001年,北京化工大學謝灼利等人對氣相湍動能采用修正的k?ε二方程模型,顆粒相湍動能采用顆粒動力學方法,發展建立了氣力輸送的數學物理模型和計算方法,就垂直管中圓柱坐標系下二維懸浮稀相和密相動壓氣力輸送過程進行了初步數值研究^[96]。

本書將在深入研究SPH方法及應用的基礎上,嘗試使用SPH方法來仿真氣力輸送過程。