水平管气力输送中砂丘模型的节能机理

水平管气力输送中砂丘模型的节能机理

在工业生产中，传输方式多种多样，其中，气能传输法作为一种连续的输送方法，在许多工业区（邮局、银行、商店、酒店等）的应用中越来越受到重视，并在原材料供应中发挥了重要作用。同时，气能传输系统的成本相对较高。因此，改进传统的气能传输系统，提高传输效率具有十分重要的实际意义。传统的气力输送系统采用比较大的空气速度实现输送目的,导致能量利用率低、管道磨损严重以及颗粒物料破损率高等诸多问题。为了解决这些问题,近年来学者们做了很多研究工作。Watanabe近年来,许多国内学者采用ECT技术对气力输送进行研究,ECT技术相比传统增压的方式判断管道堵塞更加直观、准确,并在气力输送中应用广泛1实验1.1空气流量计的计算水平管正压气力输送系统示意图如图1所示。系统主要包括内径d=80mm,长度L=5m的输送管道、2台鼓风机、2个压力传感器,1个空气流量计。输送的固相物料选用聚乙烯颗粒(密度为952kg/m1.2砂丘模型验证本文中的砂丘模型尺寸以及安装方式与文献[8]中的一致,砂丘模型的材料为黏土,尺寸和角度已经被验证过,砂丘模型如图2所示。为了研究不同的砂丘安装位置物料粒子速度分布,砂丘模型被安装在物料入口附近3个不同的位置,砂丘模型安装位置如图3所示。1.3测量条件及测量位置采用粒子图像测速(PIV)系统测量水平管道内粒子速度分布,图4为高速PIV粒子速度测试系统示意图。采用的高速摄像机型号为PhotronFASTCAM-MAXI2(帧率设定为1000,快门速度为0.1ms),所用激光源为高强度连续绿光(2W),光束厚度为5mm,所拍摄图片的大小为80mm×111mm,测量位置为3个(见图1中位置A、B、C),距离粒子入口分别为x=0.3m(x/d=4,位置A)、2m(x/d=25,位置B)和3.5m(x/d=44,位置C)。使用SigmascanPro5软件利用粒子追踪测速方法(PTV)的原理,通过追踪单个粒子的运动轨迹并手动计算其速度,发现PIV技术测得的粒子速度与PTV法得出的结果之间的误差小于1.19%2结果与分析2.1最小输送速度实验通过位于管道中被输送物料入口和出口处的2个压力传感器(p同时,通过使用输送管上游的孔板流量计测量气流速度v图5为各种工况的压力损失Δp随着空气输送速度v由图5可知,安装砂丘模型时,工况3、2、1的最小输送速度依次降低,即工况1的最小输送速度是最低的。这是因为工况1的砂丘模型安放在粒子入口的正下方(见图2),此时粒子进入水平输送管道后,立即会经过砂丘模型的上行弯曲面得到悬浮;对于工况2,粒子下落后先水平运行13cm后才与砂丘面接触,水平运行过程中粒子因为聚集而发生了碰撞及摩擦,造成粒子的部分动能被损耗;对于工况3仅仅增大了此处的气流速度,粒子并没有得到悬浮。砂丘模型的运用在气力输送系统中明显减小了系统的最小压力损失和最小输送速度,达到了节能目的,特别是安装于下料口正下方管道底部的工况1效果更加明显,这种效果已经通过粒子的可视化流态定性的得到了验证2.2颗粒速度分布图6为各种工况的粒子平均速度(v图7为各种工况在不同轴向位置(y:d表示无量纲,即管底处y=0)的粒子平均速度2.3砂丘模型的加速效果为了比较粒子的脉动能量,计算并分析各工况在不同径向位置(y/d)粒子脉动速度的功率谱密度图8a为各工况管底附近(y/d=0.24)的粒子脉动速度的功率谱密度分布,由图8a可明显看出,所有工况的功率谱峰值均出现在低频区域,并且随着频率的增大而减小,安装砂丘模型时峰值大于无砂丘工况的峰值(工况1≈工况2>工况3>无砂丘),说明安装砂丘时粒子比较有活力,验证了砂丘模型的加速效果。随着y/d的增大(y/d=0.48,管道中部,见图8b),3种工况的峰值与y/d=0.24的峰值相比全部减小,但是工况2依然保持比较大的峰值,进一步证明了它的加速效果,并解释了工况2的粒子速度始终比较大的原因(见图7b)。图9为在y/d=0.24、0.48位置的粒子脉动速度的自相关系数2.4粒子脉动速度的两侧相关系数为了进一步揭示粒子的运动规律,针对各个工况的粒子脉动速度的两点相关系数进行评价,两点相关系数Rv′由图10可以明显看出,与无砂丘工况相比,在y/d<0.8区域工况1、2与3的Rv′2.5颗粒速度的动脉强度为了评价各种工况下粒子速度的脉动能量,验证砂丘模型的节能效果,图11给出了各工况粒子速度的脉动强度(v′3粒子脉动速度对比采用PIV技术,测量水平管气力输送加速区颗粒物料的速度分布,并分析物料颗粒的速度脉动能量,以研究气力输送系统安装砂丘模型实现低能耗运行的颗粒运动特性,得到如下结论。1)在同样的空气输送速度下,安装砂丘模型进行输送时,粒子的平均速度明显大于无砂丘工况下的粒子平均速度,定量地证明了砂丘模型的加速作用。2)通过分析粒子脉动速度的功率谱密度,发现安装砂丘模型时峰值大于无砂丘工况的峰值,尤其是管底附近,说明了安装砂丘模型时粒子比较有活力,进一步验证了砂丘模型的加速效果。3)在