中國粉體網訊  氣力輸送是一種采用密封式輸送管道的方式輸送物料的工藝過程。在氣力輸送過程中，由于顆粒-顆粒、顆粒-管壁的碰撞會造成顆粒的破碎和管道的磨損，這極大地制約著氣力輸送的發展。針對這一問題，研究人員想到在軸向氣流的基礎上加入切向氣流的方法來改善輸送情況。旋流的特征是沿管路存在著切向流動。由于切向氣流的加入，可以擾動軸向流場和沉積在管道底部的顆粒，使輸送系統可以在速度較小的情況下盡可能多的輸送顆粒，并且可以減少物料的沉降和管道堵塞的幾率。

旋流基理與應用

旋流是一種復雜的流體運動形式，其本質表現為流體在三維空間內沿螺旋軌跡進行有序運動。這種流動現象具有獨特的動力學特征，其流場內部呈現出顯著的切向速度梯度分布，這種非均勻的速度場結構會產生強烈的徑向壓力梯度，從而形成穩定的渦旋運動。研究表明，切向速度分量不僅決定了流場的角動量分布，還會通過科里奧利效應顯著影響流場的湍流特性和能量耗散機制。

在實際工程應用中，旋流效應因其獨特的流動特性而被廣泛應用于多個領域：在燃燒技術中，旋流可增強燃料與氧化劑的混合效率，提高燃燒穩定性；在分離技術領域，利用旋流產生的離心力場可實現不同密度物質的高效分離；在噴射技術中，旋流可改善霧化效果，提高傳質傳熱效率；此外，在排沙工程和氣力輸送系統中，旋流效應也被用于優化顆粒物的輸送和分離過程。隨著計算流體力學和實驗測量技術的發展，對旋流機理的研究不斷深入，為其在更多工程領域的創新應用提供了理論基礎和技術支持。

旋流氣力輸送技術

旋流氣力輸送技術是一種新型的物料輸送方法，其核心原理是通過精確調控管道內氣流的運動軌跡，在輸送過程中形成穩定的旋流場或強化現有旋流強度。這種技術使被輸送物料在管道內呈現螺旋狀運動軌跡，不僅顯著降低了顆粒物在輸送過程中的沉降概率，還能有效預防管道堵塞現象的發生。該系統的起旋裝置具有靈活的安裝方式，既可配置在加速室前端用于初始旋流的生成，也可設置在加速室末端以強化已有旋流效果。

旋流起旋裝置的研究

在國外，H.Li等設計了一種由10到14片不同傾斜角度的葉片沿圓周方向均布構成的旋流起旋裝置，該裝置在氣力輸送系統中被安裝在入料口前端，使氣相形成旋流后再混合入固相顆粒，從而達到旋流輸送的目的。

M.Pashtrapanska等設計了一種蜂窩狀起旋結構的起旋裝置，其原理是在輸送管道中通過布置一定數量和一定螺旋排列的細管，當氣流通過時引導氣流形成旋流。

S.Fokeer等使用的起旋裝置整體呈麻花狀，通過管壁對氣流的約束作用形成旋流，兩端通過法蘭與輸送管道連接，可安裝在輸送管道的任意位置處。

T.Bali等設計了一種起旋裝置，該起旋器裝置后部采用三根輪輻作為支撐，前部為葉片結構，前后兩部分通過中間細長軸連接，通過試驗研究了其產生旋流場的衰減規律。

A.D.Rocha設計了一種沿管道軸向螺旋線設有12個葉片的起旋裝置，其前部為半球面，后部為長錐體結構，中間通過實體支撐，葉片布置在實體和管道之間，這樣設計的目的是降低起旋裝置結構對氣流的影響。

在國內，周甲偉等開發了一種側進口導葉旋流發生器，該旋流發生器主要由進氣管、一對法蘭、殼體、導葉管和出水管組成。軸向流（氣體或氣固混合物）通過入口進入旋流發生器，切向流從殼體側進口進入，在螺旋葉片的引導下產生切向氣體運動。旋流與軸向流和切向流結合，從出口流出。旋流強度是通過切向流和軸向流的比值設定來控制。

李建平等設計了一組旋流試驗管，由一根主輸送管和兩根輔助旋流管（旋流發生器）組成，副旋管周向與主輸送管相切，與軸向成45°角。旋流管前段直管用于穩定氣流，后段直管用于觀察旋流對顆粒氣力輸送的影響。

旋流氣力輸送的研究

在國外，H.Li等對旋流氣力輸送進行了大量研究，發現了旋流強度衰減規律，從而得出旋流氣力輸送可以減少壓力損失、降低輸送能耗和最小輸送氣流速度。A.F.Najifi等通過理論分析，利用四階龍格-庫塔法，給出了連續方程和動量方程的數值解，并使用Fluent軟件對流體在管道內旋流場中的衰減特性進行了CFD分析，將兩者所得的結果進行比較，發現結果基本一致。S.Fokeer等通過數值模擬和試驗，對三葉螺旋管引導的旋流場中各個部位的軸向、切向和徑向的速度分布進行了分析，結果表明，旋流的各個方向的速度分布沿流場位置變化與雷諾數呈負相關關系，且旋流強度的衰減符合指數規律。

在國內，孫西歡通過理論分析和試驗的方法對旋流的起旋方式和起旋效率進行了研究，發現內螺旋起旋器的直徑、長度、導葉數、導葉高度和導葉包角對圓管螺旋流的產生有著重要影響，管中心壓強最小而管壁處壓強最大。侯春江采用Fluent軟件對省煤器輸灰主管道進行優化，通過直管和旋流管的對比研究，發現旋流管可以減少顆粒的沉降，提高輸送性能，且葉片數和角度存在最佳值，使輸送流暢度顯著提升。

小結：

氣力輸送技術作為一種重要的物料輸送方式，其發展經歷了多個技術革新階段。在技術應用初期，軸流式氣力輸送方法因其結構簡單、操作方便而得到廣泛應用。然而，隨著需要輸送的物料種類日益增多，物料的物理特性也呈現出顯著的差異性，包括顆粒大小、形狀、密度、濕度等參數的變化，這使得傳統軸流式氣力輸送方法逐漸暴露出諸多技術局限性。旋流氣力輸送在粗顆粒、水平短距離、低-中固氣比條件下可降低臨界氣速與比能耗。未來需突破高固氣比、長距離管路的“顆粒-旋流-管壁”多尺度數值模型，從而推動旋流輸送從實驗室走向大規模工業應用。

參考來源：

1、王龍.散糧管道旋流氣力輸送關鍵技術研究

2、尚坤.基于氣固耦合散糧旋流氣力輸送顆粒拾取機理及起旋研究

3、粉體網.快速了解氣力輸送系統？來看這里！

（中國粉體網編輯整理/青黎）

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