管径选择与管道压力降计算 PS304-03
5 气－固两相流 5.1 简述
5.1.1 气体和固体在管道内一起的流动称为气—固两相流动(简称气—固两相流)。气—固两相流出现在气力输送系统中。
气力输送按其被输送物料在管道中的运动状态可分为以下几类，见图5.1.1—1和图5.1.1—2所示。 5.1.1.1 稀相动压气力输送
在输送物料时，物料悬浮在管中并呈均匀分布，在水平管道中呈飞翔状态，空隙率很大，物料输送主要靠由较高速度在工作气体所形成的动能来实现。气流速度通常在12m／s至40m／s之间，质量输送比(简称输送比，即被输送物料的质量流量与工作气体质量流量之比，以m表示)通常在1～5之间，对于粒料，输送比可高达15。
5.1.1.2 密相动压气力输送
物料在管道内已不再均匀分布，而呈密集状态，物料从气流中分离出来，但管道 并未被堵塞，物料呈沙丘状，密相动压输送亦是依靠工作气体的动能来实现的。
通常密相动压输送中，气流速度在8～15m／s之间，输送比(m)在15～20之间，对于易充气的物料，输送比(m)可高达200以上。 5.1.1.3 密相静压气力输送
物料在管道中沉积、密集而栓塞管道，依靠工作气体的静压来推送物料，比起前两种输送方式，密相静压输送的气流速度更低，输送比(m)更高。
5.1.2 设计气力输送系统时，应根据被输送物料的特性、装置的技术经济要求以及生产过程的工艺特性和工艺要求等因素，选择合适的输送方式。要考虑温度对被输送 物料的影响，同时系统中应采取消除静电和防爆措施，确保安全操作。 确定正确的输送方式后，可根据系统的允许压力降和工作气体的流量选择送风或引风设备。
5.1.3 气力输送系统的压力降包括输送管道(包括管件)和附属设备，如分离器、喷嘴或吸嘴以及袋滤机等的压力降。本章只给出管道(包括管件)压力降的计算公式，附属设备压力降的计算可参考有关制造厂的产品说明和其他的文献资料。
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图5.1.1—1 水平气力输送物料运动状态
图5.1.1—2 垂直气力输送物料运动状态
5.2 计算方法
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5.2.1 气力输送是一门半经验半理论的学科。化工物料品种繁多，形状各异。设计气力输送装置时，可根据实际应用装置，选取设计参数，若无实际装置参考，可通过实验来确定，也可从与被输送物料性质接近(指形状、密度等物理性质接近)的实际装置中选取有关数据。
5.2.1.1 在某一气体流速下输送物料其压力降最小，该气体流速称为经济流速，以ue表示。
5.2.1.2 当气体流速低到某一值时，输送物料开始沉积而堵塞管道，此时的气体流速称为噎塞流速，用uh表示。
5.2.1.3 稀相动压输送时，气体流速大于经济流速。密相动压输送时，气体流速介于经济流速与噎塞流速间，密相静压输送的气体流速则低于噎塞流速。输送过程中，随着输送距离的加大，有时应逐渐加大输送管径以适应流速的增加。 5.2.1.4 经济流速和噎塞流速由实验测定，输送比则可根据物料特性及输送方式来确定
m?WSWG (5.2.1—1)
式中
m——料－气质量输送比，简称输送比， WS——物料质量流量，kg／h； WG——气体质量流量，kg／h；
5.2.1.5 使物料保持悬浮状态的气体最小流速称为悬浮流速，以Vt表示，由实验测定，亦可由下式估算：
对于粉料(通常粒径小于0.001m称为粉料)
(5.2.1—2)
对于粒状物料(通常粒径大于0.001m称为粒料)：
式中
(5.2.1—3)
Vt——悬浮流速，m／s；
d——输送物料的当量球径(同体积圆球的直径)，m；
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ρS——输送物料的堆积密度，kg／m3；
ρf——工作气体的密度，kg／m3； g——重力加速度，m／s2； μf——工作气体的粘度，Pa·s。 5.2.2 稀相动压气力输送管压力降计算
稀相动力气力输送的气体流速高于经济流速(ue)，计算时，应首先选定气体流速(uf)，uf由经验选定，或由下式估算：
uf?KL??S1000??Kd?Lt (5.2.2—1)
式中
uf——气体流速，m／s；
KL——输送物料的粒度系数，见表5.2.2—1；
Kd——输送物料的特性系数，取2×10-5～5×10-5，对于干燥粉料取较小值， Lt——输送距离，m
Lt=L1+n1Lh+n2L2+nbLb (5.2.2—2) L1——水平管长度，m； L2——倾斜管长度，m； Lh——垂直管长度，m；
Lb——弯管当量长度，m；90°弯管当量长度见表5.2.2—2； n1——垂直管校正系数，n1＝1.3～2.0 n2——倾斜管校正系数
n2=1+2α (nl一1)／π或n2=1.1～1.5； α——倾斜宜管与水平面的夹角，rad， nb——弯管数量。 其余符号意义同前。
除上述可由式(5.2.2—1)估算uf外，亦可以uf=2Vt作为初选气体流速。 气力输送中，满足工况要求可以选用的气体流速和输送比的范围是较宽的，但如何确定最优方案却是比较困难的。本章提到的经济流速，是指输送管中物料颗粒在气流中由均匀分布到不再均匀分布的临界点，即稀相动压输送与密相动压输送间的临界点，并非输送中气流的最优流速。一般气力输送计算中应选择几组气体流速及料”气输送比，进行压力降、管径和风机选择等计算，然后根据装置
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的具体情况，从经济角度来选取较优的方案。
此外，气力输送中，工作气体的密度、流速以及与此有关的其他参数(如后面提到的料—气容积比等)值是有变化的。通常在稀相和输送距离不远的密相动压输送中，这种变化可以忽略。在本章有关的计算公式中，上述参数是指输送管入口端(对压送式装置)或输送管出口端(对吸送式装置)的值。对于密相静压输送或距离较远的密相动压输送中，由于压力变化较大，在进行有关计算时，应采用平均值。
物料的粒度系数KL表 表5.2.2—1
物 料 种 类 粉 料 均质粒状物料 细块状物料 中块状物料 颗 粒 大 小 m <0.001 0.001～0.01 0.01～0.02 0.02～0.08
90°弯管当量长度Lb(m) 表5.2.2—2 R0/D 物料种类 粉状料 大小均匀的颗粒 大小不均匀的小块粒 大小均匀的大块粒 4～8 —— —— —— 5～10 8～10 —— —— 6～10 12～16 28～35 60～80 8～10 16～20 35～45 70～90 4 6 8 10 KL值 10～16 16～20 20～22 22～25 注：R0——弯管的曲率半径，m；D——输送管内直径，m。
选定气体流速(uf)及输送比(m)后，根据下式计算输送管起始段的内直径(D)： D?式中
D——输送管内直径，m。 其余符号意义同前。
稀相动压气力输送管道压力降由直管段压力降(⊿Pmt)、弯管段压力降(⊿Pmb)和管件局部压力降(⊿Pfp)三部分组成，分述如下。 5.2.2.1 直管段压力降(⊿Pmt)计算
130?WS????m???f?? (5.2.2—3) ?uf??—96—
管径选择与管道压力降计算（三）92~137
