双套管气力输送系统原理

　　基于管道内物料输送模型，在整个输送过程中，平铺在管道底部的物料在进出口气流压差的作用下，呈松散状态，最终被吹送带走。物料在管内的流动非常复杂，涉及起始段、过渡段和充分发展段。本文通过研究在不同的双套管结构形式下的输送性能，对输送管道进行优化设计。假定管内没有热交换，即管壁温度取为定值(第一类热边界条件)，其值为工作环境温度20℃。选取典型的代表性单元进行研究，对于流动的低速空气，在近似没有温差的情况下引入以下简化：

　　(1)压力梯度恒定。

　　(2)忽略重力对气流的影响。

　　(3)空气为不可圧缩流体。

　　(4)空气和物料的物性参数为常数。

　　在充分发展区域，流动参数达到稳定，如果此时物料在大管内的堆积仍旧比较明显，则双套管结构不能省略;反之，如果堆料比较轻微，携带气流主要从主管道流通，则可以将双套管结构进行简化，甚至直接使用单管结构。双套管结构是周期性的，对于大出力、长距离输送，大出力可以通过增加管道内物料浓度实现，长距离输送可以通过设置边界条件为循环边界条件来实现。计算域的出口截面参数同时作为计算域的进口截面参数，由于双套管内部独特的周期性结构，虽然只计算了双套管中的一段，却反映了整个长距离气力输运的情况。

　　对于大出力、长距离输送而言，管道内粉煤灰堆积量大是其最重要的特点，为使模拟结构更加接近实际输送效果，在管道输送起始阶段前设置粉煤灰层，此层占到管道容积的40%。双套管气力输送管道内的气固两相流动，具有低气速、高浓度、气固间相互扰动强烈等特点，因而其流动状态与一般的稀相输送不同，属于密相气固两相流动，尤其是内管的加入和作用，使得其中的气相流动具有明显的湍流流动特性。因此影响大出力、长距离输送的重点无疑是双套管的结构机理，而内管的添加及选型方法又是其中的核心技术，通过数值模拟手段对其输送机理进行了计算机模拟试验。

　　计算机计算得出的双套管输送物料的动态变化可以看出，物料在管道中是呈波浪状输送形态，较单管输送浓度更高，出力更大。计算得出的双套管物料输送时气流速度矢量可以看出，内管是气体通过的主要通道，尤其在孔板处，气流被急剧压缩，造成强烈的扰动。若在保证大出力、长距离输送的情况下，气流速度尽可能小，而又能够达到适当的扰动效果，这样对耗气量及输送管道的抗磨损方面有较好的效果。

　　在物料输送过程中其体积分数近似成波浪形式变化，输送过程呈现出波峰波谷的特点。随着内管开孔间距的渐密，管道扰动也越来越剧烈，但在开孔间距为500mm时管道内物料浓度相对较高，波动平缓。双套管内物料流动规律近似，波峰波谷循环出现，充分证明双套管周期结构内物料输送状态的周期性特点。越靠近管道出口，波峰高度越低，说明在管道末端物料浓度已逐渐变稀松。由于管道中部为物料输送过程中物料堆积高度的峰值与谷值出现的部分，因此体积分数变化较大。物料在管道内输送曲线斜率值较大，波峰波谷转换剧烈，尤其在内管开孔处，物料局部得到充分扰动。