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砂丘模型在氣力輸送粒子運(yùn)動(dòng)特性分析中的應(yīng)用
謝春娥 崔玉偉 2022/5/27 7:35:13
（接上頁）以檢測(cè)，所以檢測(cè)采集到的數(shù)據(jù)均發(fā)送控制中心計(jì)算機(jī)中，運(yùn)行Sigmascan Pro5軟件分析數(shù)據(jù)。目前，PIV技術(shù)在很多實(shí)驗(yàn)中有所應(yīng)用，與PTV追蹤測(cè)速方法相比，PIV粒子測(cè)速精度較高，兩種技術(shù)應(yīng)用結(jié)果誤差僅有1.18%。所以，本實(shí)驗(yàn)采用PIV方法檢測(cè)物料粒子的運(yùn)動(dòng)速度較為可靠。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
3.1 氣力輸送期間壓力損失分析
實(shí)驗(yàn)中，分別在物料輸送入口和出料口兩個(gè)位置安裝壓力傳感器，用來計(jì)算物料粒子輸送期間損失的壓力。為了檢驗(yàn)砂丘模型在裝置中應(yīng)用功效，設(shè)置對(duì)照組，即未安裝砂丘模型條件下的物料粒子輸送。實(shí)驗(yàn)組則為本實(shí)驗(yàn)設(shè)置的3種工況，將砂丘模型安裝在不同位置，觀察其對(duì)物料粒子輸送壓力的影響。與此同時(shí)，測(cè)量氣流速度，關(guān)于該參數(shù)數(shù)值的采集，利用孔板流量計(jì)完成。按照設(shè)定的實(shí)驗(yàn)方法和測(cè)量方法，分別對(duì)不同工況條件下的物料粒子傳輸壓力損失及空氣速度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表1所示。
表1 不同工況下物料粒子傳輸壓力損失及空氣速度測(cè)試結(jié)果
工況 不同空氣速度（m s-1）測(cè)量結(jié)果對(duì)應(yīng)的壓力損失（kPa）
10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5
無砂丘 —— —— 1.62 1.43 1.26 1.20 1.17 1.21 1.32
工況1 1.22 1.22 1.23 1.26 1.29 1.35 1.39 1.43 ——
工況2 1.35 1.40 1.47 1.51 1.56 1.61 1.68 1.72 ——
工況3 —— 1.82 1.58 1.54 1.56 1.57 1.62 1.67 ——
測(cè)試結(jié)果顯示，12.0m s-1空氣速度是砂丘模型應(yīng)用效果影響分界點(diǎn)。當(dāng)空氣速度高于此分界點(diǎn)時(shí)，無砂丘工況的物料粒子傳輸產(chǎn)生的壓力損失更小，工況2和工況3的壓力損失偏大，工況1壓力損失偏小，但是高于無砂丘工況條件下的壓力損失。當(dāng)空氣速度低于分界點(diǎn)時(shí)，工況1的壓力損失明顯低于無砂丘工況條件下的壓力損失。之所以會(huì)出現(xiàn)此情況，物料粒子從入口進(jìn)入管道時(shí)，粒子受氣動(dòng)影響，從砂丘上行彎曲面流過時(shí)，大量粒子懸浮，減少了粒子堆積量，此時(shí)粒子輸送期間造成的碰撞及摩擦都會(huì)減少，有利于物料粒子加速傳輸。在此期間，通過安裝砂丘模型，占據(jù)了管道一定空間，導(dǎo)致管道截面面積減小，所以當(dāng)空氣流量固定情況下，粒子氣流速度有所增加。
從整體來看，砂丘模型在氣力輸送裝置中的應(yīng)用，能夠減少裝置作業(yè)期間的壓力損失，工況1改善效果明顯。為了深入驗(yàn)證砂丘模型應(yīng)用節(jié)能作用，對(duì)管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的物料粒子輸送速度加以測(cè)量。設(shè)定13m/s作為PIV測(cè)量空氣速度，該數(shù)值低于無砂丘模型應(yīng)用工況條件下粒子輸送最小速度。根據(jù)測(cè)量結(jié)果可知，當(dāng)PIV測(cè)量速度數(shù)值繼續(xù)減小時(shí)，處于無砂丘模型應(yīng)用工況下的粒子會(huì)出現(xiàn)大量堆積情況，加大了PIV測(cè)量難度。
3.2 氣力輸送期間粒子速度分布
假設(shè)粒子當(dāng)前所處位置與入口處的距離為x，水平管x:d代表無量綱，測(cè)量沿著管道水平方向的粒子運(yùn)動(dòng)平均速度，即相對(duì)入口處的平均速度。測(cè)量結(jié)果如表2所示。
表2 多種無量綱工況下管軸向上粒子速度測(cè)量結(jié)果
工況 x:d無量綱工況下粒子相對(duì)平均速度（m/s）
4.5（位置A） 20.5（位置B） 45.5（位置C）
無砂丘 0.32 0.36 0.38
工況1 0.42 0.49 0.49
工況2 0.42 0.54 0.54
工況3 0.38 0.41 0.42
表2中，無砂丘模型應(yīng)用工況的粒子相對(duì)平均速度明顯低于應(yīng)用無砂丘模型3種工況的粒子相對(duì)平均速度，并且工況2條件下粒子相對(duì)平均速度更大一些。另外，粒子從位置A輸送到位置B時(shí)，速度明顯增加，但是從位置B到位置C的運(yùn)動(dòng)，速度幾乎保持不變。因此，位置A到位置B之間，判定為粒子作業(yè)加速區(qū)，位置B到位置C之間，判定為粒子作業(yè)勻速區(qū)。相比之下，粒子在加速區(qū)的運(yùn)動(dòng)更加活躍，并且位置B處粒子作業(yè)速度決定了下游粒子輸送流態(tài)。
關(guān)于不同軸向位置粒子平均速度分布的探究，設(shè)定y為與管底距離，管底處y=0，y:d代表無量綱。粒子以加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輸送，首次經(jīng)過300mm輸送到位置A時(shí)，不同工況條件下的粒子相對(duì)平均速度測(cè)量結(jié)果如表3所示。
表3 不同工況條件下的粒子相對(duì)平均速度測(cè)量結(jié)果（x=0.3m）
工況 y:d無量綱工況下粒子相對(duì)平均速度（m/s）
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
無砂丘 0.25 0（未完，下一頁）
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