中国粉体网讯 气力输送是一种采用密封式输送管道的方式输送物料的工艺过程。在气力输送过程中，由于颗粒-颗粒、颗粒-管壁的碰撞会造成颗粒的破碎和管道的磨损，这极大地制约着气力输送的发展。针对这一问题，研究人员想到在轴向气流的基础上加入切向气流的方法来改善输送情况。旋流的特征是沿管路存在着切向流动。由于切向气流的加入，可以扰动轴向流场和沉积在管道底部的颗粒，使输送系统可以在速度较小的情况下尽可能多的输送颗粒，并且可以减少物料的沉降和管道堵塞的几率。
旋流基理与应用
旋流是一种复杂的流体运动形式，其本质表现为流体在三维空间内沿螺旋轨迹进行有序运动。这种流动现象具有独特的动力学特征，其流场内部呈现出显著的切向速度梯度分布，这种非均匀的速度场结构会产生强烈的径向压力梯度，从而形成稳定的涡旋运动。研究表明，切向速度分量不仅决定了流场的角动量分布，还会通过科里奥利效应显著影响流场的湍流特性和能量耗散机制。
在实际工程应用中，旋流效应因其独特的流动特性而被广泛应用于多个领域：在燃烧技术中，旋流可增强燃料与氧化剂的混合效率，提高燃烧稳定性；在分离技术领域，利用旋流产生的离心力场可实现不同密度物质的高效分离；在喷射技术中，旋流可改善雾化效果，提高传质传热效率；此外，在排沙工程和气力输送系统中，旋流效应也被用于优化颗粒物的输送和分离过程。随着计算流体力学和实验测量技术的发展，对旋流机理的研究不断深入，为其在更多工程领域的创新应用提供了理论基础和技术支持。
旋流气力输送技术
旋流气力输送技术是一种新型的物料输送方法，其核心原理是通过精确调控管道内气流的运动轨迹，在输送过程中形成稳定的旋流场或强化现有旋流强度。这种技术使被输送物料在管道内呈现螺旋状运动轨迹，不仅显著降低了颗粒物在输送过程中的沉降概率，还能有效预防管道堵塞现象的发生。该系统的起旋装置具有灵活的安装方式，既可配置在加速室前端用于初始旋流的生成，也可设置在加速室末端以强化已有旋流效果。
旋流起旋装置的研究
在国外，H.Li等设计了一种由10到14片不同倾斜角度的叶片沿圆周方向均布构成的旋流起旋装置，该装置在气力输送系统中被安装在入料口前端，使气相形成旋流后再混合入固相颗粒，从而达到旋流输送的目的。
M.Pashtrapanska等设计了一种蜂窝状起旋结构的起旋装置，其原理是在输送管道中通过布置一定数量和一定螺旋排列的细管，当气流通过时引导气流形成旋流。
S.Fokeer等使用的起旋装置整体呈麻花状，通过管壁对气流的约束作用形成旋流，两端通过法兰与输送管道连接，可安装在输送管道的任意位置处。
T.Bali等设计了一种起旋装置，该起旋器装置后部采用三根轮辐作为支撑，前部为叶片结构，前后两部分通过中间细长轴连接，通过试验研究了其产生旋流场的衰减规律。
A.D.Rocha设计了一种沿管道轴向螺旋线设有12个叶片的起旋装置，其前部为半球面，后部为长锥体结构，中间通过实体支撑，叶片布置在实体和管道之间，这样设计的目的是降低起旋装置结构对气流的影响。
在国内，周甲伟等开发了一种侧进口导叶旋流发生器，该旋流发生器主要由进气管、一对法兰、壳体、导叶管和出水管组成。轴向流（气体或气固混合物）通过入口进入旋流发生器，切向流从壳体侧进口进入，在螺旋叶片的引导下产生切向气体运动。旋流与轴向流和切向流结合，从出口流出。旋流强度是通过切向流和轴向流的比值设定来控制。
李建平等设计了一组旋流试验管，由一根主输送管和两根辅助旋流管（旋流发生器）组成，副旋管周向与主输送管相切，与轴向成45°角。旋流管前段直管用于稳定气流，后段直管用于观察旋流对颗粒气力输送的影响。
旋流气力输送的研究
在国外，H.Li等对旋流气力输送进行了大量研究，发现了旋流强度衰减规律，从而得出旋流气力输送可以减少压力损失、降低输送能耗和最小输送气流速度。A.F.Najifi等通过理论分析，利用四阶龙格-库塔法，给出了连续方程和动量方程的数值解，并使用Fluent软件对流体在管道内旋流场中的衰减特性进行了CFD分析，将两者所得的结果进行比较，发现结果基本一致。S.Fokeer等通过数值模拟和试验，对三叶螺旋管引导的旋流场中各个部位的轴向、切向和径向的速度分布进行了分析，结果表明，旋流的各个方向的速度分布沿流场位置变化与雷诺数呈负相关关系，且旋流强度的衰减符合指数规律。
在国内，孙西欢通过理论分析和试验的方法对旋流的起旋方式和起旋效率进行了研究，发现内螺旋起旋器的直径、长度、导叶数、导叶高度和导叶包角对圆管螺旋流的产生有着重要影响，管中心压强最小而管壁处压强最大。侯春江采用Fluent软件对省煤器输灰主管道进行优化，通过直管和旋流管的对比研究，发现旋流管可以减少颗粒的沉降，提高输送性能，且叶片数和角度存在最佳值，使输送流畅度显著提升。
小结：
气力输送技术作为一种重要的物料输送方式，其发展经历了多个技术革新阶段。在技术应用初期，轴流式气力输送方法因其结构简单、操作方便而得到广泛应用。然而，随着需要输送的物料种类日益增多，物料的物理特性也呈现出显著的差异性，包括颗粒大小、形状、密度、湿度等参数的变化，这使得传统轴流式气力输送方法逐渐暴露出诸多技术局限性。旋流气力输送在粗颗粒、水平短距离、低-中固气比条件下可降低临界气速与比能耗。未来需突破高固气比、长距离管路的“颗粒-旋流-管壁”多尺度数值模型，从而推动旋流输送从实验室走向大规模工业应用。
参考来源：
1、王龙.散粮管道旋流气力输送关键技术研究
2、尚坤.基于气固耦合散粮旋流气力输送颗粒拾取机理及起旋研究
3、粉体网.快速了解气力输送系统？来看这里！
（中国粉体网编辑整理/青黎）
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