3.1 固气两相流输送理论载气式送粉器主要依靠动能把粉末均匀、 稳定地输送出来，辅之以气体分散 和运 输，粉末容易分散均匀及流畅运输因此送粉器的结构设计和送粉器的应用 都要用到固气 两相流输送的相关理论3.1.1 固气两相流输送原理固气两相流，也称气力输送，是一种利用空气流作为输送动力在管道中输送 粉粒状 颗粒料的方法物料在管道中的流动状态实际上很复杂，主要随气流速度及气流中所含的物 料量和 物料本身料性的不同而显著变化 通常，当管道内气流速度很高而物料量 又很少时，物 料颗粒在管道中接近于均匀分布，并在气流中呈完全悬浮状态被输送，见图3-1 (a)随 着气流速度逐渐减小或物料量有所增加，作用于颗粒的气 流推力也就减小，使颗粒速度也 相应减慢加上颗粒间可能发生碰撞，部分较大 颗粒趋向下沉接近管底，这时管底物料分 布变密，但物料仍然正常地被输送，见图3-l(b)当气流速度再减小时，可以看到颗粒成层状沉积在管底，这时气流及(a) ； b I (c(d (e)图 3-1 固气两相流输送原理示意图 一部分颗粒从它的上层空间通过而在沉积层的表面，有的颗粒在气流的作用下也会向前滑移，见图3-1(c)。
当气流速度开始低于悬浮速度或者物料量更多时，大部分较大颗粒会失去悬浮能力，不仅出现颗粒停滞在管底，在局部地段甚至因 物料堆积 形成“砂丘”气流通过“砂丘”上部的狭窄通道时速度加快，可以在 一瞬间将“砂丘” 吹走颗粒的这种时而停滞时而吹走的现象是交替进行的，见图3-1(d)如果局部存在 的“砂丘”突然大到充填整个管道截面，就会导致物料 在管道中不在前进如果设法使物 料在管道中形成料栓，见图 3-1@)也可以利用料栓前后的压力差推动它前进以上所说的物料气力输送流动状态中，前三种属于悬浮流，颗粒是依靠高速 流的气流动压被输送的，这种流动状态也称为动压输送后两种属于集团流，其 中最后一 种称为栓流，物料依靠气流的静压输送的第四种则动、静压的作用均 存在3.1.2 混合比混合比是指两相流中物料量与空气量的比值， 由于它反映了输送量和输送状 态的标准，是两相流的重要参数之一混合比也称质量浓度，是指通过输料管断 面的物料质量流量 q® s 与气体质量流量 q® a 之比，即：八* P— （3-1）aqva式中：q 物料质量流量（kg/h）;s 气体的密度（kg/ma）;q 气体质量流量（kg/h）；aqva 气体流量（ma/h）。
在气力输送系统设计时，混合比高，有利于提高输送能力，所消耗的气体量 就小 但是混合比过高，则在悬浮状态下输送物料时，输料管易产生堵塞，且管 道中压力损失也 增大3.1.3沉降速度和悬浮速度沉降速度：当某物体在无限的静止流体中，在浮重（重力与浮力之差） Ws作用下而自由下落（对于相对密度较小的杂质，在液态金属中则为自由上浮） ，下落速度逐渐增大最后当下降速度达到某一最大值 vO,而使阻力与浮重相等时，物体就以这一最大速度作恒定的等速沉降此最大恒定速度 vO 就叫做该物体的沉降速度，因为没有其他物体和管壁等干扰影响和限制， 所以也称为自由沉 降速 度，如图3-2 （a）所示悬浮速度：在管道中，如果流体以等于固体的自由沉降速度向上运动时， 则固体将处在水平上呈摆动状态，既不上升也不下降，此时流体的速度就叫做该物如图3-2 (b)所体的自由悬浮速度其和自由沉降速度大小相等，方向相反, 在气 力输送的气固两相流中，一般 被输送的物料，大都是不规则形状 的颗粒物料颗粒形状对悬浮速度 有较大影响；在同类等重物料中， 以球形颗粒的悬浮速度为最大，其 他不规则形状颗粒的悬浮速度则示a (b相应较小此外，在气力输送情形, 在管道中的物料不是单个颗粒，而图 3-2 球体沉降、悬浮受力图到流体阻力，还要受到其他颗粒的干扰阻力这时沉降(即悬浮)速度值与颗粒是颗粒群。
这时颗粒的沉降不仅受群浓度有关，浓度大，则沉降速度减小浓度相同时，颗粒越细，颗粒数目越多, 一方面 颗粒体表面积就越大、阻力增大；另一方面颗粒间摩擦、碰撞机会就越多， 阻力增大、使 沉降速度更为减小所以颗粒群的干扰沉降速度，即颗粒群的悬浮 速度比单颗粒的自由沉 降速度小3.1.4 管道堵塞的原因分析 在载气式送粉器中，当用气体输送粉末时，由于管道中物料的流动状态实际 上复杂多 变物料颗粒有时会从气流中分散出来， 或者沉降在管底形成料团，或 者粘附于管壁上 并逐渐增厚一旦在某个局部管段堆积的料团，发展到充塞于整 个管道截面而又滞留不动 时，这就会导致输送过程完全停止 这种现象，我们称 为“堵塞”一旦出现“堵 塞”，粉末就不能输送出来，从而严重影响生产，造成 人力和物力的浪费所以必须弄清 堵塞产生的原因并采取有效的防止措施 经过理论推导和实验验证，产生堵塞的原因主要有以下几种原因：(1) 工艺参数选择不当 输送气流速度和混合比是装置系统的主要工艺参数按理说，只要用来输送物料 的气流速 度大于所输送物料的悬浮速度， 颗粒就会悬浮起来并被气流推动但由 于颗粒相互间或 与管壁间的碰撞、摩擦和粘附作用，加上管道中的气流速度不均 以及其他因素的影响，实 际输送气流速度要远大于物料悬浮速度。
对于激光涂敷 来说，用小的气流速度输送出粉 末， 可以提高粉末的利用率 同时还可以降低能 耗、减小管道磨损但如果气流速度过 小，物料流动状态就会变差，容易引起堵 塞因此，对于送粉器的输送气流速度应该有一 个合适的值管道中混合比在一定范围内越大， 越有利于节能，提高输送效率，但混合比过大， 即使 在同样的气流速度下也会引起管道的堵塞 因此，为了正常输送粉末， 在加 大送粉量的 同时，也要加大气流量，以保持有利于输送的混合比2) 物料料性的影响(a)颗粒形状和粒度分布物料颗粒的形状及其粒度分布对堵塞产生的难易程度有很大影响 球形颗粒形成 的料团比立方体颗粒容易堵塞 对具有尖角的不规则形状颗粒彼此接 触时， 锲入 角往往较小， 因此容易堵塞在管道中 此外，即使颗粒表面粗糙度大致相 同的物 料，粒度分布广的， 也就是大小颗粒混杂在一起， 由于小的颗粒易于锲入到大颗 粒之间，也容易堵塞b) 粘附性气力输送时， 如果物料粘附在管壁或自行结块， 不仅降低输送能力， 而且是导致 管道 堵塞的原因之一 当被输送的物料是混合配料， 其中混合有带粘性的细粉料 时，同样会 因产生粘附层而导致堵塞 这种情况主要发生在弯管部位， 在弯管部 位，气流由于转弯 产生的离心力， 将较轻的粉料甩出， 再由气流的冲击力将它们 逐渐压在弯管外侧。
c) 当物料含水分较大时，物料容易结块，从而堵塞管道因此，当用气力输送物料时， 如果物料较为潮湿，常先对其干燥d) 静电作用干燥的塑料粉或颗粒虽然不具有粘性， 但气力输送时由于摩擦起电效应， 使颗粒 带电荷 而产生引力， 同样会在管壁上产生粘附层或结块 气流速度越快， 摩擦起 电的现象也 就越严重3.1.5 固气两相流输送理论在送粉器中的应用 在载气式送粉器的输送粉末过程中， 载流 气体起着非常重要的作用 载流气体的过大与过小都会影响着粉末的输送 过大虽可以使粉末输送出去， 但将会使 粉末的 利用率明显降低； 过小会使粉末输送不流畅， 从而造成堵塞 因此设计送 粉器使要注 意以下几点：(1)在载气式送粉器的设计中密封是一个关键，如果密封不好，将不能正常输 送出粉 末 即使能输送， 由于在粉轮腔内不能形成一个稳定的压力， 而导致输送 的粉末流束 不均匀2）要保证粉末的正常输送，就必须使用来输送粉末的气流速度大于所输送的 物料悬浮 速度， 颗粒就会悬浮起来并被气流推动 但由于颗粒相互间或与管壁间 的碰撞、 摩擦 和粘附作用， 加上管道中气流速度不均以及其他因素的影响， 实际 输送气流速度要远大 于物料悬浮速度。
3）要保持合适的混合比在悬浮状态下输送物料时，若是混合比过高，则料 管易产生 堵塞， 且管道中压力损失也增大 若悬浮比过小， 虽然合金粉末能较流 畅地输送出 去，但较大的气流会严重降低金属粉末的利用率4）防止堵塞是送粉器设计和应用的关键除了保持适当的气流速度超过悬浮 速度和保 持适当的混合比之外， 也要注意所输送粉末的料性， 在输送金属粉末时， 主要是保持粉 末的干燥 防止粉末潮湿粘在管壁上， 甚至结块而产生堵塞 如果 粉末较湿，在用时 要对其进行烘干处理。