气力输送气量控制与可调式LAVAL管研究

论文摘要

气力输送是利用压缩空气的能量来进行散料连续输送的输送技术。在电力、化工、粮食、冶金、橡胶、建筑材料、港口卸船、医药、饲料等行业上的应用越来越广泛。气力输送的研究涉及空气动力学、气固两相流学、粉体颗粒力学等多个学科分支,对工业生产有重要的实际意义。本文以气力输送机理出发,研究了供气量对输送过程的影响,对气力输送气量控制进行了分析,设计了可调式LAVAL管,并进行了相关计算和模拟。论文首先对课题的研究背景、研究意义以及研究方法和思路进行了论述;简要总结了气力输送系统的特点;介绍了国内外对气力输送的最新研究方法及成果。对气力输送研究的基础理论进行了简要陈述。简单介绍了气力输送设计所需的基本气体方程、气固两相流运动状态以及散料的基本物料特性。以气力输送机理为基础对气力输送进行了分类,通过气力输送的输送相图研究了气力输送的速度对输送状态的影响,证明了输送气量对气力输送的重要性;对气力输送的相关设计参数进行了分析,介绍了国内外学者对气力输送压力损失的计算。论述了气力输送气量控制的意义,比较了国内外在气量控制方面的研究状况。推导了非可控式旁通管补气方式的排空气量公式,并计算了在一定输送条件下的排空气量大小,验证了可控式旁通管补气方式的节能优点。对LAVAL管和可调式LAVAL管的扼流理论进行了论述,从理论上进行了流量公式的推导;利用Taylor级数变换等数学工具推导了可调式LAVAL管调节杆位移和其流量、当量直径、流通面积的关系,并作出关系曲线;对可调式LAVAL管进行了有限元三维建模并划分网格,利用有限元分析软件对可调式LAVAL管内的流场和静压力分布进行了模拟,并计算出其临界比。针对通过理论分析和计算得到的可调式拉法管的节能、较高的临界比、流量的准确性以及降低破碎率等优点进行了试验验证,实验设备为密相双管输送,旁通管补气为可控形式。通过实验,证实了对可调式LAVAL管理论分析和计算的正确性。最后,对本文的研究工作进行了总结陈述,对气力输送今后在气量控制尤其是可调式LAVAL管智能控制方面的研究提出了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 1. 绪论
• 1.1 气力输送简介
• 1.2 课题研究背景
• 1.3 论文综述及评论
• 1.3.1 国内的发展
• 1.3.2 国外的发展
• 1.4 课题研究内容、目的、意义以及研究方法
• 1.4.1 课题研究内容
• 1.4.2 课题研究目的及意义
• 1.4.3 课题研究的方法与思路
• 2 气力输送机理研究
• 2.1 气力输送分类
• 2.1.1 按输送装置分类
• 2.1.1.1 吸送式气力输送
• 2.1.1.2 正压压送式气力输送系统
• 2.1.1.3 混合系统
• 2.1.1.4 封闭式输送系统
• 2.1.1.5 开放式系统
• 2.1.2 按流动状态划分
• 2.1.2.1 垂直管气力输送状态
• 2.1.2.2 水平管气力输送状态
• 2.1.2.3 气力输送状态的分类
• 2.2 气力输送设计参数
• 2.2.1 物料特性
• 2.2.2 料气比
• 2.2.3 输送量以及操作频繁程度
• 2.2.4 输送气速
• 2.2.5 输送管道参数及管道布置
• 2.3 输送管道压力损失计算
• 2.3.1 压降比法
• 2.3.2 经验公式法
• 2.3.3 附加压降法
• 2.3.4 力平衡法
• 2.3.4.1 分层流
• 2.3.4.2 柱塞流
• 2.3.5 其它方法
• 3. 气力输送气量控制
• 3.1 气量控制的意义
• 3.1.1 气量控制对节能的意义
• 3.1.2 气量控制对减轻粒子破碎和管道磨损的意义
• 3.1.3 物料在管道内的残余
• 3.2 国内外气力输送对气量控制方面的比较
• 3.2.1 国外对气量控制的研究
• 3.2.2 国内在气力输送气量控制方面的研究
• 3.2.2.1 国内对气量控制研究的现状
• 3.2.3 不同气力输送气量控制方式的能耗分析
• 3.2.3.1 使用固定式LAVAL 管与可调式LAVAL 管的能耗机理分析
• 3.2.3.2 不同外旁通管补气方式的能耗机理分析
• 3.3 气力输送系统气量控制中气动原件的计算和选择
• 3.3.1 气力输送气源的选择
• 3.3.2 气力输送系统储气罐体积的计算
• 3.3.3 气动元件的选择
• 4. 可调式 LAVAL 管设计及其在气速调节中的应用
• 4.1 固定喉径LAVAL 管以及可调式LAVAL 管在气力输送中的作用
• 4.1.1 LAVAL 管在气力输送过程中的作用
• 4.1.2 可调式LAVAL 管在气力输送过程中的应用
• 4.2 对LAVAL 管的研究
• 4.2.1 对LAVAL 管的理论研究
• 4.2.2 LAVAL 管临界流理论
• 4.2.3 气力输送LAVAL 管喉径参数设计
• 4.2.3.1 输送LAVAL 管喉径参数设计
• 4.2.3.2 清扫LAVAL 管喉径计算
• 4.3 可调式LAVAL 管的研究
• 4.3.1 LAVAL 管的缺点及开发可调LAVAL 管的原因
• 4.3.2 可调式LAVAL 管工作原理
• 4.3.3 可调式LAVAL 管理论研究
• 4.3.4 可调式LAVAL 管的设计计算
• 4.3.5 可调式LAVAL 管的数值模拟
• 4.3.5.1 计算网格的划分
• 4.3.5.2 边界条件
• 4.3.5.3 可调式LAVAL 管流场工况分析
• 5. 对可调式 LAVAL 管的炭黑密相气力输送试验
• 5.1 试验系统
• 5.2 试验材料
• 5.3 试验目的
• 5.4 试验方法、步骤
• 5.5 试验数据分析
• 5.5.1 可调式LAVAL 管的节能效果验证
• 5.5.2 可调式LAVAL 管的流量验证
• 5.5.3 可调式LAVAL 管临界条件的验证
• 5.5.4 可调试LAVAL 管对降低破碎率的作用
• 5.6 试验结论
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录