管徑選擇與管道壓力降計(jì)算(三)92~137

5氣一固兩相流

5.1簡述

5.1.1氣體和固體在管道內(nèi)一起的流動稱為氣一固兩相流動（簡稱氣一固兩相

流）。氣一固兩相流出現(xiàn)在氣力輸送系統(tǒng)中。

氣力輸送按其被輸送物料在管道中的運(yùn)動狀態(tài)可分為以下兒類，見圖5.1.1-

1和圖5.1.1—2所小。

5.1.1.1稀相動壓氣力輸送

在輸送物料時(shí)，物料懸浮在管中并呈均勻分布，在水平管道中呈飛翔狀態(tài)，

空隙率很大，物料輸送主要靠由較高速度在工作氣體所形成的動能來實(shí)現(xiàn)。氣流

速度通常在12m/s至40m/s之間，質(zhì)量輸送比（簡稱輸送比，即被輸送物料的

質(zhì)量流量與工作氣體質(zhì)量流量之比，以m表示）通常在1?5之間，對于粒料，輸

送比可高達(dá)15o

5.1.1.2密相動壓氣力輸送

物料在管道內(nèi)已不再均勻分布，而呈密集狀態(tài)，物料從氣流中分離出來，但

管道并未被堵塞，物料呈沙丘狀，密相動壓輸送亦是依靠工作氣體的動能來實(shí)

現(xiàn)的。

通常密相動壓輸送中，氣流速度在8?15m/s之間，輸送比（m）在15?20之

間，對于易充氣的物料，輸送比（m）可高達(dá)200以上。

5.1.1.3密相靜壓氣力輸送

物料在管道中沉積、密集而栓塞管道，依靠工作氣體的靜壓來推送物料，比

起前兩種輸送方式，密相靜壓輸送的氣流速度更低，輸送比（m）更高。

5.1.2設(shè)計(jì)氣力輸送系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)被輸送物料的特性、裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求以

及生產(chǎn)過程的工藝特性和工藝要求等因素，選擇合適的輸送方式。要考慮溫度對

被輸送物料的影響，同時(shí)系統(tǒng)中應(yīng)采取消除靜電和防爆措施，確保安全操作。

確定正確的輸送方式后，可根據(jù)系統(tǒng)的允許壓力降和工作氣體的流量選擇送

風(fēng)或引風(fēng)設(shè)備。

5.1.3氣力輸送系統(tǒng)的壓力降包括輸送管道（包括管件）和附屬設(shè)備，如分離器、

噴嘴或吸嘴以及袋濾機(jī)等的壓力降。本章只給出管道（包括管件）壓力降的計(jì)算公

式，附屬設(shè)備壓力降的計(jì)算可參考有關(guān)制造廠的產(chǎn)品說明和其他的文獻(xiàn)資料。

Q)

＞稀相動壓氣力榆送

叫

＞密相油壓氣力輸送

Q)密相靜壓

］栓流輸送

>＞播相部壓氣力榆送

J密相潛壓

柱流輸送

圖5.1.1-1水平氣力輸送物料運(yùn)動狀態(tài)

Q)(e)S＜U?S

U.＞Uf⑹

-------------------------/容相靜壓密相靜壓

稀相動壓氣力輸送密相動壓氣力輸送拴瓶輸送柱流輸送

\---------------1yz----------/

密相靜壓氣力輸送

圖5.1.1—2垂直氣力輸送物料運(yùn)動狀態(tài)

5.2計(jì)算方法

5.2.1氣力輸送是一門半經(jīng)驗(yàn)半理論的學(xué)科?；の锪掀贩N繁多，形狀各異。設(shè)

計(jì)氣力輸送裝置時(shí)，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用裝置，選取設(shè)計(jì)參數(shù)，若無實(shí)際裝置參考，

可通過實(shí)驗(yàn)來確定，也可從與被輸送物料性質(zhì)接近（指形狀、密度等物理性質(zhì)接近）

的實(shí)際裝置中選取有關(guān)數(shù)據(jù)。

5.2.1.1在某一?氣體流速下輸送物料其壓力降最小，該氣體流速稱為經(jīng)濟(jì)流速，

以Ue表不O

5.2.1.2當(dāng)氣體流速低到某一值時(shí)，輸送物料開始沉積而堵塞管道，此時(shí)的氣體

流速稱為噎塞流速，用Uh表示。

5.2.1.3稀相動壓輸送時(shí)，氣體流速大于經(jīng)濟(jì)流速。密相動壓輸送時(shí)，氣體流速

介于經(jīng)濟(jì)流速與噎塞流速間，密相靜壓輸送的氣體流速則低于噎塞流速。輸送過

程中，隨著輸送距離的加大，有時(shí)應(yīng)逐漸加大輸送管徑以適應(yīng)流速的增加。

5.2.1.4經(jīng)濟(jì)流速和噎塞流速由實(shí)驗(yàn)測定，輸送比則可根據(jù)物料特性及輸送方式

來確定

m=——（5.2.1—1）

%

式中

m—料一氣質(zhì)量輸送比，簡稱輸送比，

Ws-----物料質(zhì)量流量，kg/h；

WG——?dú)怏w質(zhì)量流量，kg/h；

5.2.1.5使物料保持懸浮狀態(tài)的氣體最小流速稱為懸浮流速，以Vt表示，由實(shí)驗(yàn)

測定，亦可由下式估算：

對于粉料（通常粒徑小于0.001m稱為粉料）

18的（5.2.1—2）

對于粒狀物料（通常粒徑大于0.001m稱為粒料）：

y（_[3ggi色-J0.5

，一枚（5.2.1—3）

式中

Vt----懸浮流速，m/s；

d——輸送物料的當(dāng)量球徑（同體積圓球的直徑），m；

Ps——輸送物料的堆積密度，kg/m3；

Pf-工作氣體的密度，kg/n?；

g-----重力加速度，m/s2；

gf一工作氣體的粘度，Pa-So

5.2.2稀相動壓氣力輸送管壓力降計(jì)算

稀相動力氣力輸送的氣體流速高于經(jīng)濟(jì)流速(上)，計(jì)算時(shí)，應(yīng)首先選定氣體流

速(Uf),uf由經(jīng)驗(yàn)選定，或由下式估算：

uf=KL7(ps/1000)+Kd?￡,(5.2.2—1)

式中

Uf-----氣體流速，m/s；

KL——輸送物料的粒度系數(shù)，見表522—1；

Kd——輸送物料的特性系數(shù)，取2X10-5?5X10-5,對于干燥粉料取較小值，

Lt-----輸送距離，m

Lt=L|+niLh+r^Lz+iibLb(5.2.2—2)

Li——水平管長度，m；

L2——傾斜管長度，m；

U------垂直管長度，m；

Lb——彎管當(dāng)量長度，m；90°彎管當(dāng)量長度見表522—2；

ni——垂直管校正系數(shù)，1.3?2.0

n2一傾斜管校正系數(shù)

n2=l+2a(m一1)/兀或ri2=l.l?1.5；

a——傾斜宜管與水平面的夾角，rad,

nb——彎管數(shù)量。

其余符號意義同前。

除上述可由式(522—1)估算可外，亦可以u『2Vt作為初選氣體流速。

氣力輸送中，滿足工況要求可以選用的氣體流速和輸送比的范圍是較寬的，

但如何確定最優(yōu)方案卻是比較困難的。本章提到的經(jīng)濟(jì)流速，是指輸送管中物料

顆粒在氣流中由均勻分布到不再均勻分布的臨界點(diǎn)，即稀相動壓輸送與密相動壓

輸送間的臨界點(diǎn)，并非輸送中氣流的最優(yōu)流速。一般氣力輸送計(jì)算中應(yīng)選擇幾組

氣體流速及料”氣輸送比，進(jìn)行壓力降、管徑和風(fēng)機(jī)選擇等計(jì)算，然后根據(jù)裝置

的具體情況，從經(jīng)濟(jì)角度來選取較優(yōu)的方案。

止匕外，氣力輸送中，工作氣體的密度、流速以及與此有關(guān)的其他參數(shù)(如后面

提到的料一氣容積比等)值是有變化的。通常在稀相和輸送距離不遠(yuǎn)的密相動壓輸

送中，這種變化可以忽略。在本章有關(guān)的計(jì)算公式中，上述參數(shù)是指輸送管入口

端(對壓送式裝置)或輸送管出口端(對吸送式裝置)的值。對于密相靜壓輸送或距離

較遠(yuǎn)的密相動壓輸送中，由于壓力變化較大，在進(jìn)行有關(guān)計(jì)算時(shí)，應(yīng)采用平均值。

物料的粒度系數(shù)KL表表5.2.2—1

顆粒大小

物料種類KL值

m

粉料<0.00110-16

均質(zhì)粒狀物料0.001-0.0116-20

細(xì)塊狀物料0.01-0.0220-22

中塊狀物料0.02-0.0822-25

90°彎管當(dāng)量長度Lb(m)表5.2.2—2

Ro/D

物料種小\^46810

粉狀料4?85-106-108-10

大小均勻的顆?！?-1012?1616-20

大小不均勻的小塊?！?8?3535?45

大小均勻的大塊?！?0?8070-90

注：氏——彎管的曲率半徑，m；D——輸送管內(nèi)直徑，mo

選定氣體流速(小)及輸送比(m)后，根據(jù)下式計(jì)算輸送管起始段的內(nèi)直徑(D)：

D=—l--------%--------(5.2.2—3)

?加?pf?uf

式中

D——輸送管內(nèi)直徑，mo

其余符號意義同前。

稀相動壓氣力輸送管道壓力降由直管段壓力降(/Pmt)、彎管段壓力降(/Pmb)

和管件局部壓力降(/Pe)三部分組成，分述如下。

5.2.2.1直管段壓力降(/Pmt)計(jì)算

直管段壓力降是由兩部分組成：加速段壓力降(/Psa)和恒速段壓力降(/Psc)，

即

/Pmt=/Psa+/PsC(5.2.2—4)

(1)加速段壓力降(2Psa)計(jì)算

在長距離輸送中，由于管道總壓力降較大，加速段壓力降相對較小，可以忽

略不計(jì)，但在短距離輸送中，必須計(jì)算。

對垂直輸料管，物料達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動時(shí)的速度(Vm)常取

Vm=uf-Vt(5.2.2—5)

處于垂直加速段的物料速度(Vs)可按圖5.2.1—1根據(jù)參數(shù)(m。及(uf/VJ值查

得Vs/uf而求得，其中參數(shù)

m\=2gLhJW(5.2.2-6)

式中

Lh0——垂直直管加速段長度，m。

其余符號意義同前。

設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，先計(jì)算垂直加速段長度(Lh。)，令Vs=Vm，根據(jù)Uf/Vt及Vs/

Uf(也即Vm/Uf)數(shù)值,查圖5.2.2—1得到m”則有

m?V2

工(522—6a)

2g

式中符號意義同前。

若Lh0>Lh,則說明整個(gè)垂直段，物料一直處于加速狀態(tài)，此時(shí)&。=&,用

式(522—6)及圖5.2.2—1計(jì)算Vs。

若Lh°WLh，則在垂直段中，物料已達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動狀態(tài)，且加速段末期，物料

速度Vs=Vmo

對水平輸料管，物料達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動時(shí)的速度(Vm)常近似取

Vm=Uf—V起(5.2.2—7)

或Vm??(0.70—0.85)Uf(5.2.2—7a)

式中

V超——物料在水平輸料管中的起始流速，m/so

處于水平加速段的物粒速度(Vs),可按圖5.2.2—2根據(jù)參數(shù)(im)及(Vm/Uf)值

查得Vs/山而求得，其中參數(shù)

m-gLoH(5.2.2—8)

式中

Lo水平加速段長度，m。

其余符號意義同前。

設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，先計(jì)算水平加速段長度(L0),令Vs=Vm，根據(jù)Vm/Uf及Vs/

Uf(即Vm/Uf)數(shù)值，查圖522—2得到U12,則有

2g(5.2.2—8a)

式中符號意義同前。

若LO>L1,則說明整個(gè)水平直管段物料一直處于加速狀態(tài)，此時(shí)L0=L，用式

(5.2.2—8)及圖5.2.2—2計(jì)算VSo

若LoWL”則在水平直管段中，物料已達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動狀態(tài)，且加速段末段，

物料速度Vs=Vm。

對于傾斜直管加速段，可先求得垂直加速段的速度比(Vs/時(shí)，再乘以sina

而求得傾斜直管加速比(Vs/Uf),a為傾斜角(與水平方向的夾角)。

設(shè)物料由初始速度(V0)加速到VS,加速度阻力系數(shù)仇a)為：

Asa=2X(Vs—V0)/uf(5.2.2—9)

△入=心?m?pi?(M)/2(5.2.2—10)

式中

Xsa——加速段阻力系數(shù)；

Vo——物料初始速度，m/s；

其余符號意義同前。

圖5.2.2——1垂直管加速段Vs/u”與叫的關(guān)系

0.010.11.01020

圖5.2.2—2水平管加速段Vs/Uf與m2的關(guān)系

(2)恒速段壓力降(/Psc)計(jì)算

稀相動壓輸送時(shí)直管恒速段壓力降計(jì)算公式如下：

垂直直管

肛儂舞加箝?。?/p>

(5.2.2—11)

其中

片1+0.0156[^^^產(chǎn)

(5.2.2—12)

水平直管

(5.2.2—13)

其中

Vc=ut-C?Vt(5.2.2—14)

C=0.55+0.0032Fr0f!5(5.2.2—15)

Fr=uJ(gD產(chǎn)§(5.2.2—16)

Frc=Vc/(gD)“(5.2.2—17)

式中

/Pr——純工作氣體單相流動時(shí)的壓力降，Pa；

N―工作氣體的摩擦阻力系數(shù)。

其余符號意義同前。

傾角為的傾斜直管，可用垂直直管的計(jì)算公式，但其中

r|=sina+O.O156Fr085(5.2.2—18)

以上各式中，/Pf、儲分別為純工作氣體(空氣)單相流動時(shí)的壓力降及摩擦阻

力系數(shù)，及值根據(jù)雷諾數(shù)按有關(guān)公式計(jì)算。表522—3給出了及的實(shí)驗(yàn)值。

直管摩擦阻力系數(shù)(3(實(shí)驗(yàn)值)表5.2.2-3

管道內(nèi)徑Xf

mm新鋼管舊鋼管特別舊的積垢鋼管

0.0250.0490.0650.078以上

0.0500.0380.0490.057以上

0.0750.0330.0420.049以上

0.1000.0300.0380.049以上

0.1500.0270.0330.038以上

0.2000.0250.0300.035以上

0.2500.0230.0280.032以上

0.3000.0220.0270.030以上

0.3500.0220.0260.029以上

0.4000.0210.0250.028以上

0.4500.0200.0240.027以上

0.5000.0200.0230.026以上

要注意的是式(522—11)和式(522—13)只適用于表5.2.2—5所列的有關(guān)范

圍，若超出適用范圍則應(yīng)按下式計(jì)算/Psc：

(5.2.2—19)

式中

L3——水平直管或垂直直管或傾斜直管恒速段長度，m；

居——與物料自重及懸浮有關(guān)的阻力系數(shù)，簡的計(jì)算公式見下表:

水平直管垂直直管傾斜直管

2尸2

強(qiáng),產(chǎn)5福-2小尸產(chǎn)

入hrFr?

(5.2.2—20)(5.2.2-21)(5,2.2-22)

9m——料一氣最大速度比，其值等于Vm/Uf,當(dāng)物料流速達(dá)到最大值Vm時(shí),

物料就處于恒速運(yùn)動狀態(tài)。/值的計(jì)算公式見下表。

(pm粉裝物料粒裝物料

171—（一，滓）［1—（等）丁產(chǎn)

(1+24AF4尸L”

水平直管^FrFrt(1一然二)

(5.2.2-23)

(5.2.2-24)

1一年［1+架Fr2—府)產(chǎn)

1喘尸2M（1心產(chǎn),

垂直直管1_~Frt^

(5.2.2-25)

(5.2.2-26)

1一口-。-冬”）（1-繇加a）產(chǎn)

傾斜直管垂直直管的＜Pm與sina的乘積(1-、?尸"2)

Lt

(5.2.2-27)

式中

N——物料運(yùn)動時(shí)與管壁的摩擦阻力系數(shù)，一般需實(shí)測，也可參照表522—

4選??；

Fi——以氣體流速（w）為基準(zhǔn)的弗魯特?cái)?shù)，見式（522—16）；

Frt——以懸浮流速（VJ為基準(zhǔn)的弗魯特?cái)?shù)，F(xiàn)rt=；（5.2.2—28）

（g。）

Xss——與物料顆粒間碰撞有關(guān)的阻力系數(shù)，需實(shí)測，當(dāng)輸送比較小或物料粒

度較均勻及氣體流速較低時(shí)，可以忽略不計(jì)。

其余符號意義同前。

物料沖擊回轉(zhuǎn)圓盤時(shí)測得的認(rèn)值表5.2.2—4

入S

入S

淬火鋼板普通鋼板硬質(zhì)鋁板軟質(zhì)銅板

玻璃球ds=0.0040.00250.00320.00510.0053

小麥0.00320.00240.00320.0032

煤ds=O.003?0.0050.00230.00190.00170.0012

焦炭dsxl=0.0045X50.00140.00340.00400.0019

石英ds=0.003-0.0050.00600.00720.01850.0310

—一—

碳化硅ds=0.0030.0360

玻璃球碎片(ds=O.008)的球碎片約占1/3一0.0123一一

式(5.2.2—11)與式(5.2.2—13)適用范圍表5.2.2—5

物性或參數(shù)適用范圍

氣體密度kg/m30.58-2.19

物料密度kg/m31000~3378

物料粒徑m0.0000376-0.0073

管道內(nèi)徑m0.00678-0.65

氣流速度m/s1.66-35

輸:醫(yī)比0.088—70.5

0.338—3260

5.2.2.2彎管壓力降(力Pmb)計(jì)算

假定彎管進(jìn)口處物料流速(1)等于彎管出口處物料流速(V4)(實(shí)際上進(jìn)、出口

速度有差異，但工程計(jì)算中，這樣假定不會引起多大誤差)。

彎管壓力降可折成當(dāng)量長度后計(jì)算，由彎管曲率半徑(Ro)計(jì)算Ro/D,然后

按表5.2.2-2得當(dāng)量長度(L。/Pmb為計(jì)算長度等于%的水平直管的壓力降。

522.3管件壓力降(/Pfp)的計(jì)算

在設(shè)計(jì)氣力輸送管道時(shí)，應(yīng)盡可能少設(shè)置管件，以減少局部壓力降。閥門、

三通及異徑管等管件的壓力降(/Pfp)的計(jì)算，是通過將其折算成當(dāng)量長度的水平

直管后，計(jì)算水平直管壓力降的辦法來實(shí)現(xiàn)的。對氣一固兩相流的閥門和管件的

當(dāng)量長度見表522—6。

管件當(dāng)量長度折算表表5.2.2—6

輸送管道管徑

m

管件名稱0.10.1250.150.20.250.30.350.4

當(dāng)量長度

m

閥門1.52.02.53.55.06.07.08.5

三通1014172432405060

異徑管2.53.5468101215

彎管11.41.72.43.24.05.06.0

長度為1的軟管21

內(nèi)徑為d的移動

150d

吸嘴

蝶閥8

5.2.3密相動壓氣力輸送管壓力降計(jì)算

密相動壓氣力輸送時(shí)，氣體流速高于噎塞流速(Uh),而低于經(jīng)濟(jì)流速(%),可

表示為：Uh<U|<ueo(5.2.3—1)

同稀相動壓氣力輸送壓力降的計(jì)算一樣，先選定氣體流速(W)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)或

參考已有裝置確定輸送比(m)。由于比應(yīng)小于“，因此應(yīng)先估算經(jīng)濟(jì)流速。經(jīng)濟(jì)

流速(Ue)的估算公式如下：

%=2.87。1?匕(5.2.3—2)

或Ue=2Vt(5.2.3—3)

式中

fw——顆粒對管壁的滑動摩擦系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)測定。

其余符號意義同前。

密相動壓氣力輸送管道壓力降由直管段壓力降(/Pmt)、彎管段壓力降(/Pmb)

和管件壓力降(/Pfp)三部分組成，分述如下。

5.23.1直管段壓力降(/Pmt)計(jì)算

直管段壓力降(Pmt)由加速段壓力降(/Psa)和恒速段壓力降(/Psc)兩部分組

成。i般情況下，加速段的長度較短，加速段的壓力降可以忽略不計(jì)。直管內(nèi)恒

速段的壓力降為：

ALsp版J山他gm

△Pm尸方?〒+一^-

式中

Ls—水平管道長度或垂直管道提升高度，m；對于傾斜直管，Ls為傾

斜直管長度與sina的乘積；

一曰“八％=匕"%=1一三VX

(Pm'料一氣最大速度比，此處為(5.2.3—5)

fk——比例常數(shù)；對垂直管fk=l，對水平管fk=Vte/uc;

以上fk、(Pm中的Vte為實(shí)效懸浮流速，實(shí)效懸浮流速的計(jì)算公式如下：

Vte=Vt(l.1+5.715)(5.2.3—6)

式中

Vte-----實(shí)效懸浮流速，m/s；

3=億?秋

8——料一氣容積輸送比，優(yōu)飛?pa(5.2.3—7)

3值的實(shí)測范圍為：粒料6=0.03?0.10,粉料3=0.07?0.4。

其余符號意義同前。

5.23.2彎管及管件壓力降(/Pmb、/Pfp)

對于彎管及其它管件的壓力降，是將其折算成當(dāng)量長度來計(jì)算的，折算

值見表5.2.2—6o

5.2.4密相靜壓氣力輸送管壓力降計(jì)算

密相靜壓氣力輸送是低速高濃度輸送裝置，而且是較好的中等距離輸送方式,

密相靜壓輸送的氣流速度低于噎塞速度。

輸送比關(guān)聯(lián)式為：

狙=227(科/6尸3電”75(524—1)

式中

G-----氣體質(zhì)量流速，kg/(m2?s)o

其余符號意義同前。

密相靜壓氣力輸送壓力降計(jì)算公式如下；

水平直管壓力降

△Fmt=5mLi橫吟“g/(,>25

(5.2.4—2)

垂直直管壓力降

/Pmt=2mpfgLh(5.2.4—3)

傾斜直管壓力降

ZlPmt=2mpf?g?L2?sina(5.2.4—3a)

彎管壓力降

△Pmb=(Af+A2b?m)*?嚕(1+Kb)

(5.2.4—4)

式中

Kb與曲率半徑(Ro)有關(guān)的系數(shù):

當(dāng)彎管由水平轉(zhuǎn)向垂直時(shí)，Kb=13.8—O.3(Ro/D)；

當(dāng)彎管由垂直轉(zhuǎn)向水平時(shí)，Kb=2.1—O.O3(Ro/D)；

L6

Kb——物料運(yùn)動阻力系數(shù)，X2b=3.75Fr-o

其余符號意義同前。

密相靜壓輸送時(shí)，加速段壓力降可以忽略。管件壓力降可通過折算成當(dāng)量長

度水平直管來計(jì)算，管件折算見表522—6。

5.2.5分流管壓力降的計(jì)算

等截面Y形分流圓管在水平面內(nèi)的壓力降為:

=e?Pf點(diǎn)/2(5.2.5—1)

式中

W..

￡=(方)2—G(歹)+02+??3］。3(/)2+「］

Vv1YV1W1(5.2.5—2)

系數(shù)Ci、C2、C3和(p平見表5.2.5—1。

W\——分流前物料的體積流量，m3/h；

3

W2——分流后物料的體積流量，m/h；

m3——分流后的料一氣質(zhì)量輸送比。

其余符號意義同前。

Cl、C2、C3和(P值表5.2.5—1

分叉角30°45°60°90°120°

Ci1.601.591.501.210.85

C20.880.970.910.930.78

C30.510.480.550.740.85

<p0.090.090.070.060.10

5.2.6肘形管壓力降計(jì)算

設(shè)計(jì)中應(yīng)避免或盡量少用肘形管。

肘形管壓力降(/Pe)為:

+'W|/2(5.2.6—1)

式中

力——純工作氣體在肘形管中單相流動的阻力系數(shù);

P——形狀系數(shù)，對90°肘形管0=0.66。

其余符號意義同前。

5.2.7排料壓力降

在壓送式氣力輸送中，物料將從輸送管末端直接向大氣或向分離室排出，排

料的壓力降計(jì)算公式如下;

PelX嗎

△Pef=(1+0.64?n)

2(5.2.7—1)

式中

/Pef-排料壓力降，Pa；

Pef一輸送管末端出口處氣體密度，kg/n?；

ucf---輸送管末端出口處氣體流速，m/s。

其余符號意義同前。

5.2.8功率計(jì)算

壓氣機(jī)所需功率(N)等于克服氣力輸送系統(tǒng)壓力降所需的功率。

%?平

N=，

102?:g(5.2.8—1)

式中

N——風(fēng)機(jī)功率，kW；

3

VG——工作氣體體積流量，m/s

VG=Ke?A?Uf(5.2.8—2)

Kc——系統(tǒng)漏氣增加的系數(shù)，一般取1.1~1.2；

He——風(fēng)機(jī)效率，一般取0.65；

/Pt——系統(tǒng)總壓力降，即輸送管道壓力降及管道附件壓力降及其他部件

壓降之和，Pa；

A——管道截面積，m2

A^-D2(5.2.8—3)

其余符號意義同前。

5.2.9計(jì)算例題

5.2.9.1例1：某裝置吸送產(chǎn)品，已知輸送物料為粒料，平均粒徑ds=0.0035m,

最大輸送量Ws=4000kg/h,物料堆積密度ps=1320kg/n?,測得懸浮流速Vt

=8m/s,物料與管壁的摩擦系數(shù)M=0.0024,裝置的系統(tǒng)布置見圖5.2.9-1所示。

1——吸嘴；2——分離器；3——袋濾器；4——消聲器；5——空壓機(jī)。

圖5.2.9—1產(chǎn)品吸送系統(tǒng)示意圖

試決定系統(tǒng)主要參數(shù)，并計(jì)算壓力降。

解：(1)根據(jù)物料性質(zhì)，采用稀相動壓輸送比較合適，用空氣為工作氣體。選

擇輸送比m=5.7o

(2)估算氣體流速(w),由式(522—1)得：

U(=KLJ(p/=00)+Kd?Lt

Ps=1320kg/n?,KL取18,0取4X10小

由公式(5.2.2—2)Lt=L]+niLh—112L2—取覬

Li=90+20+50=160m,L2=0,Lh=1.4m,m取1.6,90°彎頭1個(gè)，45°彎

頭2個(gè)，近似取90°彎頭2個(gè)，nb=2,L(,取10m。

得：Lt=160+1.6X1.4+0+2X10=182.24m

%=18V(1320/1000)-|-4X10-5X182.24=20.69m/s

取Uf=20m/s

(3)空氣密度取pf=1.29kg/n?,由式(5.2.2—3),求輸送管道內(nèi)徑(D)

I憶1/4000

=0.098m

304KXmXp(Xu{30^^X5.7X1.29X20

取D=0.1m

(4)計(jì)算系統(tǒng)管道壓力降時(shí)，分為垂直直管及水平直管兩大部分。

由空氣物性表查得20℃、相對濕度50%時(shí)空氣的運(yùn)動粘度為

52

yf=1.512X10-m/s

由式(5.2.2—16)和式(522—28),求弗魯特?cái)?shù)

亦_20V8

Fr-?.=....=20Frt=…,―t”=一；-------

Vg-DV9.81X0.1Ng?D,9.81X0.1

雷諾數(shù)

uXD20X0.1

Re={=1.32X10$

工.512X10"

純空氣在管內(nèi)流動時(shí)，處于湍流狀態(tài)，因此對于光滑管有

,_0,31640.3164

人一融市,=0.0166

G.32X105)°為

a.為求垂直管上吸嘴末端的物料流速(V)由式(5.2.2—6)先計(jì)算參數(shù)(取Lh。

=&=1.4)

mj=2g￡ho/V，=2X9.81X1.4/82=0.429

查圖5.2.2—1,當(dāng)mi=0.429,Uf/Vt=20/8=2.5時(shí)

Vs/uf=0.38Vs=0.38X20=7.6m/s

對垂直直管，根據(jù)式(522—26)計(jì)算物料達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動時(shí)的流速Vm

―罌無產(chǎn))1一豺+^^(202—82)

*1-^Frt21一零空X82

L4

Vm=(pm?Uf=0.57X20=11.4m/s

若按式(522—5),Vm=w一%,算得Vm=20—8=12m/s

可見兩種方法算出的Vm值很接近。

由于Vs=7.6m/s小于Vm，因此可以得知物料顆粒尚未達(dá)到應(yīng)有的穩(wěn)定(最

大)流速，前面取Lho=Lh=1.4正確。

進(jìn)出A點(diǎn)彎管物料流速V|=V4=7.6m/so

b.對水平直管，求物料達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動，即達(dá)到最大流速Vm可按式(522—

24)計(jì)算：

1一\\一一寺F")(1-萼^

/=--------------------------------------

《1一尹e

-卡X8，)(T)

=0.684

0.0024xg2)

Vm=(pm-Uf=0.684X20=13.7m/s

根據(jù)式(5.2.2—7a)計(jì)算Vm=(0.70?0.85)?uf=0.75X20=15m/s,兩者結(jié)果

相差無兒，取Vm=13.7m/s

c.計(jì)算水平加速段長度L(),由式(5.2.2—8)得:

?V"2g

由于加速段末期，物料顆粒速度Vs=Vm=13.7m/s,因此當(dāng)Vm/Uf=0.684,

Vs/uf=0.684時(shí)，查圖5.2.2—2得，m2=4.5

計(jì)算得Lo=4.5X82/(2X9.81)=14.7m,即由A點(diǎn)開始，經(jīng)14.7m的加速段

后，物料由初始流速Vo=7.6m/s達(dá)到最大流速Vm=13.7m/s

d.計(jì)算水平管加速段壓降Psa根據(jù)式(522—10)和式(522—9)：

?次?Pf,M/2

V

^=2X———-=2X(13.7-7.6)/20=0.61

得/Psa=0.61X5.7X1.29X202/2=897.06Pa

e.計(jì)算水平管恒速段壓降ZIP*按式(522-13)

△Re=APf(1+根線”義85鼻_)

根據(jù)式(522—14)及式(522—17)

V

Vc=u(~CVt斤rc=-^二

vgD

由式(5.2.2—15)得：

C=0.55+0.0032Fr085=0.55+0.0032X(20)085=0.591

Vc=20—0.591X8=15.3m/s

A81X0.1

系統(tǒng)中共有三個(gè)彎管(90°一個(gè)，45°兩個(gè))，相當(dāng)于90°彎管兩個(gè)，Ro/D

=6,查表522—2得當(dāng)量長度Lb=10m,兩個(gè)彎管總長度為20m,恒速段總長度

Lt=90+20+50+20-14.7=165.3m,按第1章“單相流(不可壓縮流體)”的“單相

流”壓力降公式來計(jì)算恒速段水平直管摩擦壓力降/Pf：

?，粵=0.0166X嚕型宇2=7079.5Pa

即：D&U.1Z

△B=7079.5(1+5.7x［鬻*15.3°6SX)=13256.8Pa

得ZH：c0.016615.3X8

(5)已知吸嘴、分離器、袋濾器以及連接管等壓力降之和為6164Pa,忽略了

垂直直管(L4m)的壓力降，則系統(tǒng)總壓降為：

/Pt=6164+897.06+13256.8=20317.9Pa

將已知的參數(shù)和計(jì)算結(jié)果，對照表522—5校核，得知是符合適用范圍的,

因此本例所采用的有關(guān)公式是合適的。

(6)計(jì)算壓氣機(jī)功率

由式(5.2.8—3)計(jì)算管道內(nèi)截面積(A)：

A=沖=空X0.P=0.00785m2

44

取Ke=l.l,由式(5.2.8—2)得：

VG=KC-A?Uf

=1.1X0.00785X20

=0.1727m3/s

根據(jù)式(528—1)計(jì)算壓氣機(jī)功率N：

取%=0.65,得:

0.1727X20317.9

N==5.39kW

102X0.65X9.31

本例中給出一組uf和m值，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)再選擇兒組，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較后,

確定最優(yōu)方案。

5.2.9.2例2：某廠擬設(shè)計(jì)一套密相動壓輸送物料的壓送式裝置，物料量Ws=

3

20000kg/h,物料粒徑ds=0.0041m,物料堆積密度ps=1351kg/m,懸浮流速(Vt)

測定為8.2m/s,顆粒對管壁的滑動摩擦系數(shù)fw=0.45,容積輸送比6=0.035,工

作氣體為空氣，溫度300K,試決定輸送系統(tǒng)的主要參數(shù)并計(jì)算管道壓力降。物料

輸送系統(tǒng)示意圖如下。

1——鼓風(fēng)機(jī)；2——消聲器；3——儲氣罐；4——進(jìn)料噴嘴；

5——出料分離器。

圖5.2.9—2物料壓送系統(tǒng)示意圖

解：(1)實(shí)效懸浮流速(VQ按式(5.2.3—6)計(jì)算：

Vte=(l.l+5.715)Vt=(l.1+5.71X0.035)X8.2=10.66m/s

(2)計(jì)算經(jīng)濟(jì)流速上,按式(523—2)和式(5.2.3—3)

%=2.87沅?匕=2.87義Jo.45X8.2=15.79m/s

或ue=2Vt=2X8.2=16.4m/s

(3)取氣體流速Uf=13m/s(<l5.79m/s)

(4)計(jì)算輸送比(m)

由質(zhì)量輸送比(m)及料氣容積輸送比(3)的定義，即采用式(521—1)及式(5.

2.3—7)來計(jì)算:

W3^3*仇

加=打'

WG?pa

8?p1351X0.03547.3

m=---t=-------------------=~-

得到：PtPfPf

以上Uf和Pf分別為工作氣體在輸送管內(nèi)的平均流速和平均密度。

(5)輸送管的內(nèi)直徑計(jì)算

由式(5.2.2—3)得:

=J_/2000

30

j3.14X^XjofX13

=0.1073m

若取D=0.1m,則有

一憶

國冗?m*Pf?(30。)2

=___________2000

3.14X^^X0X《3OXO.1/

=14.96m/s=15m/s(<15.79m/s)

故可取D=0.10m,Uf=15m/s

(6)按式(5.2.3—4)計(jì)算水平直管的壓力降(/Pmti)：

APL，.科??九?二?pf?g?刀堂=o71

APnQ2+<pm，九u{15a?1

5^=1--VK=l-0-71ToTTl=0.402

由表5.2.2—3得Xf=0.030Ls=120m(其中包括兩個(gè)彎頭的當(dāng)量長度)得：

(7)按式(523—4)計(jì)算垂直直管的壓力降(/Pmt2)：

A=1—W~=0.289

10

0.03X25X152Xft.1X25X47,3X9.81,,”八上心

△A尸D仙=-----o^X2---------+----------^289---------=8Q43.75^+40139.75Pa

(8)已知噴嘴、消聲器、儲氣罐和風(fēng)管等壓力降為20000Pa,則系統(tǒng)總壓力降

(不包括排料壓力損失)為：

/Pmt=(4050+843.75)pt+98343.1+40139.5+20000

=4893.75pf+158482.6Pa

(9)按式(527-1)計(jì)算排料壓力降:

△尸-"/(i+o.64w)

乙

(10)由于工作氣體在輸送管的入口和出口端的壓力、密度和流速均為未知

數(shù)(工作氣體在輸送管中的平均流速已經(jīng)計(jì)算得到)，因此以下計(jì)算將用試差法。

令輸送管入口端的壓力為P1,密度為P1，流速為U1，輸送管出口端(在管內(nèi)

一側(cè))分別為P2、P2和U2，而平均值為Pf>Pf和Uf=15m/So同時(shí)假定輸送過程

在等溫條件

下進(jìn)行，空氣按理想氣體考慮，因此有以下關(guān)系：

P)U|=P2U2=PfUfp]U]=P2U2=pfUf

Pi/pi=P2/p2=Pf/Pf=RT/M

若排料罐直接連通大氣，大氣壓取為101300Pa,則有

Pi=^101300+4Pef

=101300+^-^X(14-0.64X^^)

NPt

第一次假定Pf=0.2Xl()6pa,則

66

P2u2=Pf-uf=0.2X10X15=3X10

_M0.2X106X29一/

R7，-&314X300為OOtjT.325kg/m5

由p2U2=pfUf=2.325X15=34.88

D34.88X3X10647.3、

B=101300+一荻及一(1+0.64X2^)

得P2=108086.67Pa,若按簡單算術(shù)平均值計(jì)算P”即Pf=(Pi+P2)/2

P1=2X0.2X106-108086.67=291913.33Pa

P,-P2=183826.66Pa

由于系統(tǒng)總壓力降(不包括排料壓力降)

ZPml=4893.75X2.325+158482.6=169860.57Pa

與假設(shè)不符，作第二次假定Pf=0.192Xl()6pa

同理

6

P2u2=PfUf=0.192X106X15=2.88X10

6

U2=2.88X10/P

0.192X106X29

^^87314X300X1000=2.232kg/m

由

P2U2=pfUf=2.232X15=33.49

33.49X2.88X106