气力输送工程

杨 伦 谢一华 主编

机 械 工 业 出 版 社

本书以气力输送的技术设计和工程应用为前提，系统地分析了近年来

国内外在气力输送方面的试验研究与应用成果，以及气力输送技术现状与

发展趋势。书中内容分为理论基础、装置类型、运行技术、工程应用四个

部分，共 员园章。全书的第一部分 （第一章至第三章）是气力输送装置的设计基础，包

括气力输送装置的特点与类型，粉粒体的基本性能和气固两相流体力学。

第二部分 （第四章至第八章）详细介绍了吸送、压送、栓流、特种气力输

送装置的系统组成、技术特点、结构形式、设计程序、计算方法及主要部

件的性能特点和产品规格等，供设计选用参考。第三部分 （第九章） 阐述

了气力输送的运行技术，包括装置的安装、调试、操作、维护、技术参数

检测及自动控制。第四部分 （第十章）介绍了气力输送技术在现代工程上

的应用等内容。

本书可供从事气力输送系统应用及相关的理论研究、技术设计、工程

管理的技术人员使用，也可供大专院校有关专业的师生参考。

图书在版编目 （悦陨孕） 数据

气力输送工程 辕杨伦，谢一华主编 郾—北京：机械工业出版社，圆园园远郾员

陨杂月晕苑原员员员原员苑怨员员原园

Ⅰ郾气⋯ Ⅱ郾①杨⋯②谢⋯ Ⅲ郾气力输送机 原基本知识

Ⅳ郾栽匀圆猿圆

中国版本图书馆 悦陨孕数据核字 （圆园园缘）第 员猿缘猿远圆号

机械工业出版社 （北京市百万庄大街 圆圆号 邮政编码 员园园园猿苑）

策划编辑：余茂祚

责任编辑：余茂祚 版式设计：冉晓华 责任校对：姚培新

封面设计：马精明 责任印制：洪汉军

北京京丰印刷厂印刷

圆园园远年 员月第 员版·第 员次印刷

苑愿苑皂皂伊员园怨圆皂皂员辕员远·圆远郾苑缘印张·远远猿千字

园园园员—猿园园园册

定价：源缘郾园园元

凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换

本社购书热线电话 （园员园）远愿猿圆远圆怨源封面无防伪标均为盗版

序

人类在古代就已认识到运动的空气 （即风力） 可以作为驱动和移动物体的

动力，例如风可以驱动风车舂米磨面，利用风帆船运输物资等等，这是最原始

的空气利用。随着技术和工业的发展，于 员愿世纪末和 员怨世纪初就出现了管道气力输送，开始只是输送单件的轻便物体，到 圆园世纪初叶，在美国、俄罗斯、德国和欧洲许多国家气力输送邮件得到广泛应用。随着科学技术和工业的发展，

生产力的不断提高，运输量也在迅速增长，就要求研究和应用新的先进技术和

工艺，使生产过程日臻完善。

当代社会几乎所有的工业生产过程都含有粉粒体的处理工艺过程，因此，

对粉粒体输送设备的选择、设计和使用以及系统的操作管理必将对其经济的合

理性和工作的可靠性带来显著的影响。粉粒体输送设备的种类虽很多，但归纳

起来主要可分为机械、流体和容器三大输送方式，如何正确选择输送方式则应

根据物料特性。气力输送首先应满足其工艺过程的要求，力求结构简单，布置

灵活、合理，使用可靠，耗能低，公害少，管理方便，并易于实现自动化等。

由于气力输送比机械输送具有许多明显的优点，故其在实际应用中发展很

快，已成为比较理想的输送方式之一，近一二十年我国在交通运输、港口装卸、

冶金、采矿、电力、化工、铸造、建材、粮食、轻纺等工业中应用甚为广泛。

对其输送模型、流动过程研究、压力损失计算、系统设计、组部件的结构以及

操作管理等方面均已有一定的研究深度和经验积累。但是，随着科学技术的进

步，已有数十年发展应用历史的稀相悬浮气力输送呈现出较难克服的缺点，即

由于其风速高而带来的能耗大，管道磨损快，输送物料易破碎，除尘较困难，

噪声大等问题。因此，人们就试从低风速高浓度中来寻求解决的新途径。这样，

在 圆园世纪 远园年代栓流气力输送就应运而生了。但这种输送方式也有其较大的局限性，其生产率较小，目前最大生产率也不过每小时几十吨而已，不能适应大

生产率的要求，而悬浮气力输送方式恰好具有大生产率的优点，如荷兰、德国、

日本等国在港口谷物卸船方面，单管作业每小时数百吨至 员园园园贼悬浮气力输送的吸粮机被广泛应用。此外，气力输送应用的广泛性已越来越引起人们的重视，

它已涉足于城市环境保护和公用事业，如用集装容器管道输送邮件、试样、图

书资料以及城市垃圾等。而近年来气力输送又有了新发展，大有方兴未艾之势。

气力输送的研究和管道气力输送装置的出现，虽有近两百年的历史，但它

仍 是 一 门 年 轻 的 学 科 。管 道 中 物 料 运 动 的 多 相 流 理 论 涉 及 到 流 体 力 学（空

气动力学）、颗粒学、机械学、热力学、电子学等多学科的基础，是一门较复杂

的边缘学科，有许多理论问题和应用技术需要深化研究。

本书定名为气力输送工程。它是由国内有关专家组织起来而撰写的。深信

这本专著的问世，必将在我国今后气力输送工程技术的发展过程中发挥出博采

约取、承前启后、触类旁通、推陈出新的积极作用。

交通部水运科学研究所 前所长

中国机械工程学会原物料搬运学会 理事

物料搬运学会原气力输送学组 组长

Ⅳ 气力输送工程

前 言

随着新世纪的到来，作为人类文化物质文明的主要标志之一，物流、人流

和信息流的重要性越来越显得突出，它们流动的范围、速度与力度与日俱增。

管道物料输送是一种重要的物流手段，而其中最早被人们所采用的就是气力输

送。由于它具有通常机械输送方式所不具备的一些独特的优点，已越来越受到

各领域的重视，在运输机械中占据了不可忽视的重要地位。

近年来，随着建设事业和科学技术的高速发展，各类工矿企业、科研和设

计部门在气力输送应用与研究中取得了长足的发展。本着以工程应用为主，理

论与实践相结合的原则，编写一本新的气力输送书籍，可谓众望所归。气力输

送作为一门应用性科学，必须保证它有稳定而可靠的实用性能，以及较低的能

耗。同时作为一项复合的工程技术，必须对其相关的学科，如颗粒学、气固两

相流体力学、机械学、自动控制、检测技术等方面加以研究和实践，以便使气

力输送得以更好的应用与发展，更好地服务于现代建设事业。

本书由国内多年从事气力输送教学、科研、设计、生产、应用的专家、教授、学者等参

加了讨论和编写工作。他们积极地发挥了各自学术专长，集思广益，通力合作，针对目

前国内外气力输送领域中所产生和关注的问题，做了进一步的研究与探讨，并针对传统

的气力输送作了部分技术改良，以使其更加适应现代市场的需求。全书由杨伦教授、谢

一华高级工程师任主编。具体分工如下：苏宁、陈宏勋研究员编写第一章；杨伦教授编

写第二、六章和第三章的第七至九节；李诗久教授编写第三章的第一至六节；张慎衷、苏

炳坤研究员编写第四章和第八章的第一至第四节；谢一华高级工程师编写第五、七、十

章；倪光裕教授编写第八章的第五节；魏福清高级工程师编写第九章的第一节；杨家灿

研究员编写第九章的第二至四节。全书由赵克法教授级高工和孙武亮教授主审。

本书在组织撰写与审稿过程中曾得到前中国物料搬运学会气力输送学组的专家们，

以及中国物流学会管道物料输送技术专业委员会的程克勤、王仁柞、潘仁湖、张勋、余洲

生、孙宝森、郑培培、陈守康、施铁矛、周诚、蔡阿端、严福民、王加信、周云、夏辉等专家的热

情关注和积极支持，同时得到了机械工业出版社余茂祚教授级高工和江阴华澳机电设计

研究所有限公司谢田经理、程继斌工程师的大力支持，借此机会表示诚挚的谢意。

由于编者水平有限，书中如有错误或有待进一步讨论改进之处，恳请广大

读者给予批评指教。

编 者

主 要 符 号 表

粤 面积，振幅葬 加速度遭 短径悦 阻力系数，粉尘浓度，粘附力阅 管径阅燥 孔流直径

凿， 凿泽 粒径凿缘园 中位径

凿藻增 等体积球当量直径

凿藻泽 等表面积球当量直径

耘 弹性模量、曝光量藻 复原系数云 作用力，粘附力云燥 颗粒间吸引力

云砸 流体阻力

枣 频率，摩擦因数枣糟 开放屈服强度

云云 流动函数枣枣 流动因数郧 输送能力、输送量、质量流量早 重力加速度澡 高度，压头、扬程，毛细管上升高度陨 冲量运 系数，动力指数，侧压系数蕴 管长造 长径，栓长皂 质量、质量流量、混合比 （负荷比）灶 个数、分布系数、转速、法线方向孕 功率责 压力，正应力

Δ责 压力降、压力损失、压力差匝 体积流量砸 曲率半径，累积筛上质量百分数则 压缩比，球半径砸匀 水力半径

杂凿 颗粒表面积

杂酝 质量比表面积

杂灾 体积比表面积

栽 热力学温度 （单位 运）

贼 时间，切线方向

灾 容 （体）积，颗粒体积灾憎 颗粒间持液量

增燥 沉降速度，悬浮速度

增葬 气流速度

增枣 临界流化速度

宰 功，压缩功，质量孔流量，重量

δ 壁厚，有效内摩擦角

ε 空隙率，粗糙度

ζ 局部阻力系数

η 效率

θ则泽 静堆积角

θ则凿 动堆积角

θ蚤 粉体内摩擦角

θ憎 壁摩擦角

Λ 加速度比

λ 沿程阻力系数，附加压损系数

μ （动力）粘度，泊松比

ν 运动粘度

ξ 加速压损系数，综合压损系数，阻力系数

ρ 密度、电阻率

ρ遭 堆密度

σ 压应力，抗压强度，表面张力

σ责 颗粒分布密度

τ 剪应力

固气速度比，料斗半顶角，累积筛下质量百分数

杂 表面积形状系数

灾 体积形状系数

ω 角速度下角标

葬 空气的

遭 松散的、弯管的糟 临界的、计算的

蕴 流体的郧 重力的蚤灶 入口的皂 最终的、最大的、极限的

燥 初始的（燥） 冲击前的则 相对的泽 物料的、颗粒的

主 要 符 号 表 Ⅶ

目 录

序

前言

主要符号表

第一章 气力输送的特点与类型 员⋯⋯⋯⋯第一节 气力输送的特点 员⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

一、散料输送装置的分类和比较 员⋯⋯⋯⋯⋯二、气力输送的优点和缺点 源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第二节 气力输送的发展简史 缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第三节 气力输送装置的类型 苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

一、吸送式气力输送装置 苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、压送式气力输送装置 愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、混合式气力输送装置 愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯四、各类气力输送装置的比较 愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第四节 气力输送状态的类型 员圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、铅垂管气力输送状态 员圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、水平管气力输送状态 员猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、气力输送状态的分类 员猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第二章 粉粒体的基本性质 员缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第一节 颗粒的几何形态学 员远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

一、粒径 员远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、粒度分布 员怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、颗粒形状 圆员⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第二节 颗粒填充层的结构性质 圆缘⋯⋯⋯⋯⋯一、颗粒填充层的几何结构性质 圆缘⋯⋯⋯⋯二、颗粒填充层内的液相结构性质 圆怨⋯⋯⋯三、颗粒填充层的流体透过阻力 猿缘⋯⋯⋯⋯四、粉体力学 源圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第三节 粉体的重力流动 源愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、孔流量 源愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、整体流设计原理 源怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、偏析 缘圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯四、助流 缘猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第四节 磨损性质 缘远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

一、磨损机理 缘远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、磨损因素 缘愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第五节 粘附 （凝聚）性质 远园⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、粘附 （凝聚）机理 远园⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、粘附 （凝聚）力的测定 远员⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、影响粘附 （凝聚）的因素 远圆⋯⋯⋯⋯⋯

第六节 静电性质 远源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、静电发生机理 远源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、粉体的带电量 远缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、带电粘附与临界粒径 远远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯四、带电的防止 远远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第七节 粉尘爆炸 远愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、危害性与对策 远愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、粉尘的爆炸特性 远愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、防爆措施 苑苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第三章 气固两相流体力学 苑怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第一节 物体的运动阻力和悬浮

速度 苑怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、附面层 苑怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、运动物体的阻力及阻力系数 愿员⋯⋯⋯⋯三、球形单颗粒的自由悬浮速度 愿源⋯⋯⋯⋯四、不规则形状颗粒群的悬浮

速度 愿苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第二节 流态化原理 愿怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

一、理想流态化过程与似流体特性 愿怨⋯⋯⋯二、实际流化过程 怨员⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、临界流化参数 怨圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第三节 单颗粒在管道内的自由

悬浮运动方程 怨猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、管道内单颗粒悬浮机理 怨猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、倾斜管内单颗粒自由悬浮

运动微分方程 怨源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、单颗粒运动速度与距离的关系

方程 怨缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

四、单颗粒运动速度与运动时间的

关系曲线 怨愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第四节 悬浮颗粒群在管道内的运动

方程 怨怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

一、倾斜管内颗粒群的运动微分方程 怨怨⋯⋯二、水平管内颗粒群的运动方程 员园员⋯⋯⋯⋯三、铅垂管内颗粒群的运动方程 员园猿⋯⋯⋯⋯四、颗粒群运动的最终速度及速度比 员园源⋯⋯

第五节 气固两相管流的压力

损失及临界风速 员园苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、气固两相管流的各项压力损失 员园苑⋯⋯⋯二、等速段的附加压损系数 员员园⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、弯管附加压损的离心沉降理论 员员圆⋯⋯⋯四、输料直管压力损失与临界风速 员员源⋯⋯⋯五、输料直管堵塞的临界条件 员员远⋯⋯⋯⋯⋯

第六节 高压差气力输送的气固两相流

及压力损失 员员怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、等温气固两相管流的运动方程 员员怨⋯⋯⋯二、高真空吸送输料管的压力损失 员圆员⋯⋯⋯三、高真空吸送含尘管道的压力损失 员圆圆⋯⋯四、高压压送输料管的压力损失 员圆圆⋯⋯⋯⋯

第七节 管内气固两相流运动的三维化

分析 员圆猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、气固两相管流运动分析方法进展 员圆猿⋯⋯二、颗粒三维运动的基本行为 员圆源⋯⋯⋯⋯⋯三、颗粒三维运动方程和附加压力

损失 员圆远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯四、数值分析 员圆愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第八节 模型方法及其应用 员圆怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、模型对过程的概括和简化 员圆怨⋯⋯⋯⋯⋯二、模型化的步骤 员猿园⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、序贯实验设计 员猿员⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯四、模型方法对气力输送工程的实用

意义 员猿圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯五、数值分析在数学模型中的应用 员猿圆⋯⋯⋯

第九节 气力输送工程的操作优化 员猿猿⋯⋯⋯⋯一、气力输送条件 员猿源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、风量变化对输送能力的影响 员猿缘⋯⋯⋯⋯三、加料的波动性 员猿缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯四、输送管道直径放大后的操作

条件改变 员猿远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第四章 吸送式气力输送 员猿苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第一节 类型和特点 员猿苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

一、类型 员猿苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、系统组成 员猿苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、技术特点 员猿愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第二节 供料装置 员源园⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、吸嘴 员源园⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、喉管 员源缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第三节 系统的设计计算 员缘圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、设计的原始条件 员缘圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、设计程序 员缘猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、计算方法 员缘猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第五章 压送式气力输送 员远缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第一节 类型和特点 员远缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

一、低压压送和高压压送 员远缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、给料法和给气法 员远缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、技术特点 员远苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯四、增压器 员远苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第二节 喷射式给料气力输送 员远愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、低压喷射式给料器 员远愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、高压喷射式给料器 员远怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、回转式给料器 员苑园⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第三节 螺旋泵气力输送 员苑员⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第四节 发送罐式 （仓式泵）气力

输送 员苑圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、涡流式发送罐 员苑圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、推压式发送罐 员苑源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、差压式发送罐 员苑缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯四、推送式发送罐 员苑苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯五、沸腾式发送罐 员苑怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯六、发送罐组合 员愿员⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯七、发送罐结构设计参数 员愿猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第五节 系统设计计算 员愿缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、设计的原始条件 员愿缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、设计程序 员愿远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、计算方法 员愿远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯四、变管径系统的设计 员怨员⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第六章 栓流气力输送 员怨圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第一节 栓流作用机理 员怨圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

一、低速密相与动力指数 员怨圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、栓流的类型和特性 员怨猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、颗粒料特性与密相气力输送

类型的关系 员怨苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

目 录 Ⅸ

第二节 成栓装置形式 员怨怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、始发直接供料可控成栓方式

与装置 员怨怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、非控旁通气流的不稳定栓流 圆园圆⋯⋯⋯⋯三、可控旁通气流的准稳定栓流 圆园缘⋯⋯⋯⋯

第三节 脉冲气力式栓流气力输送系统 圆园苑⋯⋯一、装置组成和性能 圆园苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、管路系统与栓流稳定化 圆园愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、气力 圆园怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯四、发送罐尺寸与主要技术参数 圆员圆⋯⋯⋯⋯

第四节 振动对栓流气力输送的作用 圆员源⋯⋯⋯一、振动场的粉体力学 圆员源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、振动对栓流操作的影响 圆员远⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、振动直管栓流的临界空气压力 圆员苑⋯⋯⋯四、栓流的振动效果 圆员愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第五节 栓流压力降数学模型 圆员怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、附加压力降模型 圆圆园⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、单一栓作用力模型 圆圆员⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第七章 特种气力输送 圆猿园⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第一节 空气槽 圆猿园⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

一、作用原理 圆猿园⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、布置形式及结构 圆猿园⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、性能参数 圆猿员⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯四、特点及使用范围 圆猿源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯五、空气槽的布置 圆猿缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第二节 集装容器气力输送 圆猿远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、类型和特点 圆猿远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、系统类型和组成 圆猿苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、集装容器气力输送的理论计算 圆源缘⋯⋯⋯

第三节 铅垂提升气力输送 圆缘员⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、输送原理及结构 圆缘员⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、影响铅垂提升气力输送的因素 圆缘圆⋯⋯⋯三、铅垂提升热气流干燥器 圆缘圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第四节 混凝土气力输送 圆缘猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、结构 圆缘猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、参数的选择 圆缘源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第八章 主要部件 圆缘远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第一节 管道和管件 圆缘远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

一、直向输料管 圆缘远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、转向的输料管和管件 圆远园⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、风管 圆远愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

四、管的连接 圆苑员⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯五、输料管路的布置和选择 圆苑圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第二节 物料分离器 圆苑缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、类型及其选择 圆苑缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、容积式分离器 圆苑缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、离心式分离器 圆苑苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯四、惯性式分离器 圆愿圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯五、组合式分离器 圆愿猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第三节 除尘器 圆愿缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、类型及其选择 圆愿缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、重力式除尘器 圆愿远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、惯性式除尘器 圆愿苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯四、离心式除尘器 圆愿苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯五、袋式除尘器 圆怨园⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯六、湿式除尘器 圆怨远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯七、分离—除尘组合式装置 圆怨远⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第四节 卸料 （卸灰）器 圆怨愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、叶轮式卸料器 圆怨愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、阀门式卸料器 猿园源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第五节 压气机械 猿园源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、空气压缩过程原理 猿园源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、往复式压气机械 猿园愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、回转式压气机械 猿园怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯四、离心式压气机械 猿员圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯五、降噪技术 猿员远⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第九章 气力输送的运行技术 猿圆圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第一节 操作和维护 猿圆圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

一、安装和调试 猿圆圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、操作要点 猿圆猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、故障及其对策 猿圆源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯四、保养和维护 猿圆苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第二节 基本参数的测量 猿圆愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、压力测量 猿圆愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、流量的测量 猿猿苑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、混合比和粉尘浓度的测量 猿源源⋯⋯⋯⋯⋯

第三节 气固两相流检测技术的

发展与应用 猿缘圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、激光 阅燥责责造藻则测速仪 （蕴阅粤）测量颗粒的

速度与粒度 猿缘圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、激光照相法测量颗粒的粒度分布、

速度及加速度 猿缘猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、电容噪声法检测粉体流量 猿缘源⋯⋯⋯⋯⋯

Ⅹ 气力输送工程

四、消光法测量激波松弛区颗粒的

浓度及阻力系数 猿缘缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯五、高速摄影技术的测量应用 猿缘愿⋯⋯⋯⋯⋯六、栓流气力输送的测量 猿缘怨⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第四节 气力输送的自动控制 猿远远⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、压送式气力输送的自动控制 猿远远⋯⋯⋯⋯二、脉冲式气力输送的自动控制 猿苑员⋯⋯⋯⋯

第十章 气力输送技术在现代工程

上的应用 猿愿缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第一节 气力输送技术在铸造行业的

应用 猿愿缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、造型材料气力输送的特点 猿愿缘⋯⋯⋯⋯⋯二、多种形式的气力输送系统 猿愿缘⋯⋯⋯⋯⋯

第二节 气力输送技术在电力发电厂

的应用 猿愿愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、负压气力除灰与分选一体化系统 猿愿怨⋯⋯二、正压气力除灰系统 猿怨园⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯三、双套管紊流气力除灰输送系统 猿怨圆⋯⋯⋯四、电厂喷钙脱硫、石灰石粉的气力

输送 猿怨圆⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第三节 气力输送技术在化工行业的

应用 猿怨源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、聚氯乙烯 （孕灾悦）连续脉冲气力

输送 猿怨缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、炭黑气力输送系统 猿怨缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第四节 气力输送技术在港口的应用 猿怨苑⋯⋯⋯一、码头散装水泥的气力卸料系统 猿怨苑⋯⋯⋯二、港口吸卸粮食用的气力吸粮机 猿怨怨⋯⋯⋯

第五节 气力输送技术在粮食系统的

应用 源园员⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第六节 气力输送技术在冶金行业的

应用 源园猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、高炉煤粉气力喷吹技术 源园猿⋯⋯⋯⋯⋯⋯二、电炉气力喷炭技术 源园源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

第七节 气力输送技术在铁路工程中的

应用 源园缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯第八节 气力输送技术在矿山的应用 源园远⋯⋯⋯第九节 集装容器气力输送在

工程中的应用 源园愿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一、无轮集装容器气力输送的应用 源园愿⋯⋯⋯二、有轮集装容器气力输送的应用 源员圆⋯⋯⋯

参考文献 源员缘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

目 录 Ⅺ

第一章 气力输送的特点与类型

第一节 气力输送的特点

一、散料输送装置的分类和比较

散料输送是我们日常所遇到的大宗运送货物的输送方式之一，例如矿石、煤炭、谷物、

砂石、水泥以及各种工业原料等的粉粒体物料输送。现使用的散料输送装置有多种方式，按

其输送原理大致可分为机械输送方式、流体管道输送方式和容器输送方式三大类，如图 员鄄员所示。

散料输送

连续输送

机械输送

循环输送

带式输送机

斗式提升机{埋刮板链式输送机

槽式输送

摇曳式输送机

振动式输送机{{

螺旋式输送机

流体管道输送

气力输送

吸送式气力输送

压送式气力输送

筒式气力输送{带轮集装容器式气力输送

水力输送

水力输送

浆体输送{

带轮集装容器式水力输送

间断输送———容器输送散装运输———专用船、专用货车、罐车{

容器运输———箱、袋

图 员鄄员 各种散料输送方式

流体管道输送方式是一种正在被应用和很有发展前途的效率高、占地少、成本低、公害

小的现代化输送方式之一。图 员鄄圆是目前正在开拓并应用于各行业的货用流体管道输送系统。由图中可见，其应用范围之广、涉及学科之多、足以说明其具有广阔的应用发展前景。

无疑，气力输送属于该输送系统并在其中占有重要的地位。

流体管道输送系统

水、石油、气体等输送———单相流

气力输送

稀相悬浮输送：谷物卸船、化工、轻工、粮食加工

密相栓流输送：化工、机械、建材{流态化输送：各种粉料

水力输送

浆体输送：煤炭、矿石、砂

悦韵酝、悦宰酝：油煤浆、水煤浆节能输送技术{海底锰结石采集：海洋开发

集装容器管道输送气力式：垃圾、废弃物处理再生输送系统、建材{水力式：开发中

气水两相流用于核电站、工业锅炉技术

三相流输送技术用于煤炭气化技术

图 员鄄圆 流体管道输送系统

上述多种输送方式均具有各自的特点。表 员鄄员是气力输送与其他一些输送方式的特点比较。

表 员鄄员 气力输送与其他一些输送方式比较

比较

项目

种类 气力

输送空气槽 水力输送

带式

输送机

链式

输送机

螺旋

输送机

斗式

提升机

振动

输送机

被输送物料粒径 辕

皂皂约猿园 — 约猿园 无特别限制 约缘园 约猿园 约员园园 约猿园

被 输 送 物 料 的 最

高温度 辕益远园园 愿园 愿园

普通胶带 愿园耐热胶带 员愿园

猿园园 猿园园 愿园 愿园

输送管线倾斜角 辕（毅）

任意 向下 源～员园 任意 园～源园 园～怨园 园～怨园 怨园 园～怨园

最大输送能力 辕

贼·澡原员员园园园 猿园园 圆园园 猿园园园 猿园园 猿园园 远园园 员园

最大输送距离 辕

皂员园园园 圆园园 员园园园园以上 愿园园园 圆园园 员园 缘园 员园

所需功率消耗 大 小 大 小 大 中 小 大

最大输送速度 辕

皂·泽原员远～猿缘 猿园～员圆园

员圆园～

猿远园皂辕皂蚤灶

员缘～

员愿园皂辕皂蚤灶员园～猿园

圆园～

员园园则辕皂蚤灶圆园～源园 —

输送物料飞扬 无 无 无 有可能 无 无 无 有可能

异物混入及污损 无 无 无 有可能 无 无 无 无

输送物料残留 极少量 极少量 无 无 有 少量 有 有

管线配置灵活度 自由 直线 自由 直线 直线 直线 直线 直线

分流的可能 容易 可能 容易 可能 困难 不能 不能 困难

断面占据空间 小 中 小 大 大 中 大 大

主要检修部位 弯管、阀 — 弯管、阀 托滚、轴承 链、轴承 全面 链、轴承 全面

圆 气力输送工程

在选择和确定散料输送方式装置时，首先应满足输送量、输送距离等主要输送条件参数

的要求，且同时要考虑能耗和经济性等问题。图 员鄄猿和图 员鄄源分别为多种散料输送装置的输送能力和输送距离以及输送规模和功率消耗之间的关系图。表 员鄄圆是多种散料输送装置的单位功率消耗比较。装置的单位功率消耗固然也是重要的因素之一，但应根据被运送物料的物

性、输送路线的配置要求、前后的工艺流程衔接以及维护检修、环保卫生安全等要求综合择

优确定。图 员鄄缘为择定气力输送方式的一般程序步骤。

图 员鄄猿 散料输送装置的输送量和输送距离之间的关系

表 员鄄圆 散料输送装置的单位功率消耗比较

输送方式

气力输送 机械输送

稀相

压送 吸送

密相

栓流

带式

输送机

振动

输送机

斗式

提升机

埋刮板输送机、

螺旋输送机

单位功率消耗 辕

噪宰（贼辕澡）原员·皂原员园郾园园圆

～园郾猿

园郾园猿

～员郾园

园郾园园员

～园郾园圆

园郾园园园猿

～园郾园园远

园郾园园圆

～园郾愿

园郾园园猿

～园郾园猿

园郾园员

～园郾员

第一章 气力输送的特点与类型 猿

图 员鄄源 散料输送装置的输送规模和功率消耗之间的关系

二、气力输送的优点和缺点

从气力输送的输送机理和应用实践均表明它具有一系列的优点：输送效率较高，设备构

造简单，维护管理方便，易于实现自动化以及有利于环境保护等。特别是用于工厂车间内部

输送时，可以将输送过程和生产工艺过程相结合，这样有助于简化工艺过程和设备。为此，

可大大地提高劳动生产率和降低成本。

概括起来，气力输送有如下的优点：

员） 输送管道能灵活地布置，从而使工厂设备工艺配置合理。圆） 实现散料输送，效率高，降低包装和装卸运输费用。猿） 系统密闭，粉尘飞扬逸出少，环境卫生条件好。源） 运动零部件少，维修保养方便，易于实现自动化。缘） 能够避免物料受潮、污损或混入其他杂物，可以保证输送物料的质量。远） 在输送过程中可以实现多种工艺操作，如混合、粉碎、分级、干燥、冷却、除尘和

其他化学反应。

苑） 可以进行由数点集中送往一处或由一处分散送往数点的远距离操作。愿） 对于化学性能不稳定的物料，可以采用惰性气体输送。然而，与其他输送形式相比，其缺点是动力消耗大，由于输送风速高，易产生管道磨损

和被输送物料的破碎。当然，上述不足之处在低输送风速、高混合比输送情况下可得到显著

地改善。此外，被输送物料的颗粒尺寸也受到一定的限制，一般，当颗粒尺寸超过 猿园皂皂，或粘结性、吸湿性强的物料其输送均较困难。

源 气力输送工程

图 员鄄缘 择定气力输送方式的一般程序步骤

第二节 气力输送的发展简史

当人们从自然界风力吹石卷尘和日常生活中常见的吮吸现象获得启示之后，就设想利用

气流在管道中来运送物料。基于这个设想，早在 员愿员园年英国 酝藻凿澡怎则泽贼就提出了利用管道将邮件作气力输送的方案。因此，气力输送技术乃始于成件物品的筒式输送。数十年后气力输

送才开始用来卸送谷物、棉花和砂等散状物料，出现了第一台浮船式气力卸船设备以及固定

式的吸粮机设备。这些气力卸船设备问世之后曾在欧洲各国，特别是当时的粮食输入国，如

英国、荷兰、德国获得了应用和普及。但限于当时的制造技术水平，气力输送技术在较长的

一段时间内几乎无多大进展，装置均是基于低混合比悬浮输送原理设计的。直到 圆园世纪初

第一章 气力输送的特点与类型 缘

才将其应用范围扩大到车间内部的物料运输。就气力输送理论和实验的系统研究在世界上要

数 员怨圆源年由德国 郧葬泽贼藻则泽贼葬凿贼发表的研究报告了，他所提出的附加压损系数法，至今仍用于稀相气力输送的设计计算中。近数十年来，气力输送技术的应用发展异常迅速。就稀相悬浮输

送来说，其输送模型、流动状态分析、压力损失设计计算、组成装置和系统的各种部件结构

以及操作管理均已有一定的研究深度和经验的积累。随着科学技术的进步，由稀相悬浮气力

输送呈现出本质上的缺陷，即其输送风速高带来能耗大、管道磨损、输送物料的破碎和分离

除尘造成困难等问题，人们就试以从低输送风速、高浓度中来寻找新的途径，开发新的装

置。员怨远圆年原联邦德国 郧葬贼贼赠泽公司的内套管式气力输送装置开发成功，同年瑞士 月怎澡造藻则公司的外旁通管式装置，员怨远怨年英国 宰葬则则藻灶—杂责则蚤灶早试验所的脉冲气刀式气力输送装置相继问世。这些引人注目的研究成果，受到了世界各国的普遍重视，使粉粒体的气力输送技术进入

了一个崭新的阶段，此后又相继出现了日本日曹公司的成栓器脉冲式、小松制造公司的球式

等粉体设备，使气力输送技术日臻完善。在此期间对稀相悬浮输送技术由于计算及测试技

术、材料技术的进步，在其理论研究和应用技术上也有了长足的提高。例如，运用电子计算

机对设计计算过程的数据分析、模拟计算和优化设计；对测试数据的处理；对弯管的耐磨结

构、材料和供料、卸料机构的防卡机构；从物性的角度来探讨装置输送的适用性；运用放射

性同位素、光导纤维测定技术对物料运动参数的测定等。

作为气力输送最初应用的筒式输送装置也有了新的发展。员怨远园年在原联邦德国汉堡建造了两条管径为 源缘园皂皂、长度为 员郾愿噪皂和 圆郾圆噪皂的邮件输送实用管线。由于上述装置输送成功的激发，有轮集装容器管道输送技术的研究在前苏联、美国、加拿大、日本又活跃了起

来。前苏联设有这类装置的管线最长达 缘园噪皂，每年运送矿石 圆园园万 贼，还计划建造几条更大的矿产品输送线，最大管径为 员圆圆园皂皂。日本由新日铁和大福机工合作研制的集装容器管道输送系统已在新日铁室兰厂输送热石灰和石灰石中起到重大的作用，输送管径为 远园园皂皂，年输送能力为 员苑万 贼。目前，世界上对碎石、砂、城市废弃物、农产品的集装容器管道输送提出了不少方案和经济可行性论证，可以预见，筒式输送技术将作为流体管道输送技术中的一

个重要分支而受到重视和发展。

近年来，气力输送技术在以往低压气力输送和高压气力输送技术的基础上进一步开拓应

用。例如，将粉料喷吹送入高温熔化的液态金属中；将粉状燃料喷入熔化炉和锅炉中去的技

术；利用港口吸卸谷物的吸粮机的原理将气力输送技术用于高温熔渣的吸出清理；对以往难

以输送物料的输送技术；磨损性大的物料的输送技术以及塑料成形体中物件的输送技术等。

作为气力输送技术对新应用领域的开拓最为社会重视的是气力输送用于垃圾的回收输送系

统，如图 员鄄远所示。人们已将上述系统称之为垃圾的 “下水道”。由于气力输送技术在环保、安全卫生上的显著优点，近年来在将其小型多功能化上也作了有实用价值的开拓。

气力输送是气固两相流。其流动模型、流变分析、压力损失计算、测试技术等与固液、气液

两相流具有一定的共性，为推动学术理论和技术应用的发展，从多相流角度加以综合研究，最近

在世界先进国家受到了重视。从两相流到多相流的研究进展意味着技术进步与研究深化。用现代

行之有效的先进技术来研究多相流也进而促进两相流理论和应用研究的提高。

我国从 员怨缘愿年就在港口对气力输送技术进行研究试验并应用于卸船，其他各行业也开发了多种形式气力输送装置，在生产上获得了应用，如建立了风送系统的面粉厂，气力输送烟丝，铸造

车间型砂气力输送技术也逐渐发展起来。此后研制成功生产率为每小时 源园园贼的大型吸粮机以及为

远 气力输送工程

中小内河港口使用的各种类型吸粮机，并对流动性差的物料例如煤炭、砂石、带碎冰的鱼类卸船

开展试验研究。除此之外，我国其他行业中气力输送的发展也很快，铸造车间中的型砂、新砂、

旧砂、煤粉和粘土粉等造型材料均已实现了气力输送，特别是近年来新一代低风速高混合比气力

输送装置的开发和成功应用使我国的气力输送技术水平有很大的提高。在粮食加工厂和粮仓新建

和改建了输送谷物和其他加工品的气力输送设备；化工、水泥、轻工纺织、食品、水产等部门中

也采用气力输送设备来输送各种粉体物料，从而使气力输送技术在我国的应用越来越广泛。近几

年来筒式气力输送技术在我国的应用也有了很大的发展，例如，用于图书馆的借书条传送系统，

用于集装箱码头集中管理系统中的传票凭证传输系统，冶金及矿物试样传输系统均是我国自行设

计研制成功的。在理论研究、设计方法、测试技术、维护管理方面，我国的教学、科研、设计和

应用部门已做了大量的工作并取得了不少成果。我国早已成立了中国机械工程学会物料搬运专业

分会 （现更名为物流工程分会），并设立了管道物料输送技术专业委员会 （原为气力输送专业委

员会）。在各行业和地方还成立了粮食、铸造行业的气力输送等专业学组，这一切均将促进气力

输送技术在我国的应用和进一步发展。

图 员鄄远 城市垃圾回收输送系统

第三节 气力输送装置的类型

一、吸送式气力输送装置

吸送式气力输送装置采用罗茨风机或真空泵作为气源设备，取料装置部件多为吸嘴、诱

第一章 气力输送的特点与类型 苑

导式接料器等，最常见的工艺布置系统如图 员鄄苑所示。气源设备装在系统的末端，当风机运转后，整个系统形成负压，由管道内外存在的压力差空气被吸入输料管。与此同时物料和一

部分空气便同时被吸嘴吸入，并被输送到分离器。在分离器中，物料与空气分离。被分离出

来的物料由分离器底部的旋转式卸料器卸出，而未被分离出来的微细粉粒随气流进入除尘器

中净化，净化后的空气经系统中配置的消声器排入大气。

二、压送式气力输送装置

压送式气力输送装置有低压压送式气力输送装置、高压压送式气力输送装置、流态化压

送式气力输送装置及脉冲栓流式气力输送装置等各种类型。不论是上述何种类型的装置，其

气源设备均设在系统的进料端。由于气源设在系统的前端，物料便不能自由流畅地进入输料

管，而必须采用密封的供料装置。为此，这种装置系统的供料部件较吸送式复杂。当被输送

的物料被压送到达输送目的地后，物料在分离器或贮仓中分离并通过卸料装置卸出，压送的

空气则经除尘器净化后排入大气。图 员鄄愿为低压压送式气力输送装置的典型系统。

图 员鄄苑 吸送式气力输送装置员—吸嘴 圆—输料管 猿—袋滤器

源—旋转式卸料器 缘—分离器

远—过滤器 苑—气源

图 员鄄愿 低压压送式气力输送装置员—贮料仓 圆—旋转卸料器 猿—输料管

源—排放袋滤器 缘—喷射给料器

远—气源 苑—分离器

三、混合式气力输送装置

将吸送式气力输送装置与压力式气力输送装置相结合称之为混合式气力输送装置。例

如，物料从吸嘴进入输料管吸送到分离器，经下部的卸料器卸出 （它又起着压送部分的供料

器作用） 并送入压送输料管，从而分离器出来的空气经风管进入风机，经压缩后进入输料管

将物料压送到卸料地点。物料经卸料器排出，而空气则经除尘净化后经风管消声器排入大气

中。

混合式气力输送装置兼有吸送式和压送式装置的特点。可以从数处吸料压送到较远之

处，但它的结构较复杂，气源设备的工作条件较差，易造成风机叶片和壳体的磨损。

四、各类气力输送装置的比较

各类气力输送装置主要参数以及吸送式和压送式气力输送装置优缺点比较，见表 员鄄猿和表 员鄄源。

愿 气力输送工程

表 员鄄猿 各类气力输送主要参数

类型供料

装置

主要参数

输送量

辕贼·澡原员距离

辕皂

输送管直径

辕皂皂

气源压力

辕噪孕葬气源形式

系统与组成

吸

送

式

低真空

料槽吸嘴 ～猿 ～缘园 圆缘郾源～员缘缘 员园～圆园 通风机

中真空

料槽 愿～远园

～远园园愿园～远园园 ～ 原圆缘 离心风机

中到高真空

给 料 闸

板、螺旋

给 料 器、

旋转给料

器

缘～缘园 缘园～圆园园 员园缘～圆缘园 原员园～ 原缘园离心风机

罗茨风机

高真空

吸嘴吸嘴单管

源园～猿园园～远园 员远园～源园园 ～缘园 罗茨风机

压

送

式

低压

螺旋供料

器、旋转

给料器

愿园 员园园 愿园～圆缘园 缘园 罗茨风机

第一章 气力输送的特点与类型 怨

（续）

类型供料

装置

主要参数

输送量

辕贼·澡原员距离

辕皂

输送管直径

辕皂皂

气源压力

辕噪孕葬气源形式

系统与组成

压

送

式

低压

发送罐

式缘园 远园 员远园～圆园缘 员缘园 罗茨风机

低压到高压

喷射泵 员园 缘园 愿园～员远园 员缘园～苑园园罗茨风机

空压机

高压旋转供料器式

旋转供

料器员园园 员园园园 愿园～圆缘园

高压连续输送式

二级卸料

阀下带旋

转供料器

猿园 远园园 愿园～员远园

高压发送罐

发送罐式 远园园 员园园园 愿园～猿缘园

高压栓料输送

振动供料 猿园 愿园园 愿园～圆园缘

源园园～苑园园往复式或螺

杆式空压机

注：表图中：砸—罗茨风机；悦—空压机；月—袋滤器；悦再—旋风除尘器；月蕴—鼓风机。

员园 气力输送工程

表 员鄄源 吸送式和压送式气力输送装置优缺点的比较

输送形式 优 点 缺 点 适用场合

吸

送

式

员郾易于取料，适用于要求取料

不发尘的场合

圆郾适用于从低处、深处或狭窄

取料点以及由几处向一处集中送

料的场合

猿郾由于气源设在系统的最末端，

润滑油或水分等不会混入被输送

物料

源郾由于输料管系统内压力低于

大气压力，所以即使产生磨损和

存在间隙时，被输送物料也不会

泄漏外逸

缘郾由于输送系统内压力低于大

气压力，水分易蒸发，所以对水

分多的物料也较压送式容易输送

员郾一 般 工 作 真 空 度 小 于

园郾园缘酝孕葬，故输送量和输送距离不

能同时取大值

圆郾在气源之前应设置性能良好

的分离和除尘设备

猿郾由于气源设备用于吸送膨胀

了的 空 气 从 而 带 来 设 备 大 型 化，

价格较昂贵

源郾在分离器下的卸料器易泄漏

而造成系统工作的不正常，应考

虑有气密性好的卸料器

员郾从船舱中卸料

圆郾食品工业、化学工业中输送

猿郾粉煤灰输送

源郾有毒物料输送

缘郾气流干燥工艺过程输送

低

压

压

送

式

员郾适用于从一处向数处的分散

输送

圆郾因为系统处于正压，所以在

系统的组成部分中连接处即使有

缝隙、大气或雨水也不会侵入

猿郾由于系统内部是正压，物料

易从排料口卸出

员郾供料较吸送式困难，应对应

被输送物料的物性和输送参数选

择和设计合适的供料装置

圆郾若将罗茨风机作为气源 时、

压力不能达很高，故输送量和输

送距离不能同时取大值

员郾一般工业部门

圆郾石油化学工业部门 （特别是

用氮、二氧化碳气体输送）

猿郾制造工业中的粒状或片料输

送

高

压

压

送

式

员郾由于使用排气压力高的气源

设备，故输送条件即使有所变化

仍可实现输送

圆郾在较细的输料管中可进行高

混合比输送，输送效率较高

猿郾由于输送所需风量小，故分

离器、除尘器结构尺寸小

源郾对存在背压之场所也可输送

员郾属密闭式压力容器的仓式发

送，若作为连续输送系统时应在

发送罐之前部设置中间料斗

圆郾粉料在发送罐中由压力作用

可直接输送，然而，对粗粒状物

料应在发送罐下部设置旋转式或

螺旋式供料器

猿郾当发送罐的容积大于或等于

园郾园圆缘皂猿，输 送 压 力 高 于 园郾员酝孕葬，

发送罐的内径大于 员缘园皂皂，同时

具备这三个条件时应作为压力容

器来对待

员郾长距离、大容量输送 （水泥、

铝矾土）

圆郾对高压容器的供料输送 （煤

粉、触煤）

栓

流

压

送

式

员郾由于低输送风速、高浓度输

送、物料破碎少

圆郾输料管磨损小

猿郾输送风量小，故分离、除尘

设备简单

源郾由于输送浓度高，故输送管

径较小

缘郾能耗较低

员郾是利用空气的静压推动输送，

压力需要较高

圆郾为了节省输送风量，气源应

作合理选定。然而，当输送条件

变化时则无调节的余量

猿郾对粒径大于 圆皂皂的粒料，由

于输送压力从粒子的间隙中泄漏，

从而影响输送的可靠性

员郾对易碎粒料的输送 （晶状粒

料）

圆郾粒径小于 圆皂皂的粉粒料输送

第一章 气力输送的特点与类型 员员

第四节 气力输送状态的类型

一、铅垂管气力输送状态

虽然气力输送的分类方法众说纷云，而利用输送风速和压力损失之间关系的状态相图，

能对气力输送过程的实质作出清晰的描绘，并有助于分类。

根据实验所得的铅垂管内气力输送的状态相图，如图 员鄄怨所示。图中横坐标为输送风速的对数坐标，纵坐标为压力损失对数坐标。状态相图就表示固气两相流动时，输送风速与压

损的关系状态。相应的物料运动状态如图 员鄄员园所示。

图 员鄄怨 铅垂管内气力输送状态相图韵粤月—填充床 月阅—膨胀床 阅匀—不稳定床

韵耘郧—纯气流 匀杂—稀相气送

图 员鄄员园 铅垂管内物料运动状态

员圆 气力输送工程

由图 员鄄怨可以看出：相图被 悦月阅匀杂连线划分为左右两部分。空气和物料两相流动时是处于上述连线的左边状态时，物料是在气流内下沉；而在连线的右边时为向上输送。图中

韵耘郧是纯气流特性曲线。 遭员澡员和 遭圆澡圆表示为悬浮输送时的不同加料流率下输送风速与压力损失的关系曲线。运动状态相当于图 员鄄员园葬，是 郧泽员时的情形，用曲线 遭员澡员表示之，而相当于图 员鄄员园遭即 郧泽圆跃郧泽的情形用 遭圆澡圆表示。 遭员澡员、 遭圆澡圆中的直线部分是除个别颗粒冲击管壁外，大部分物料颗粒在管道中均匀分布、物料向上输送。

随着输送风速的降低，压力损失将减小。如果加料流率不变、处在气流中的物料速度减

慢而浓度增加、遂使压力损失再增加，这时曲线出现表示压力损失最小值的拐点，这时的输

送风速称之为经济输送风速 增糟。无疑，当输送风速小于这一点后，物料虽仍维持悬浮在气流中呈向上输送，但物料颗粒在气流中已不再是均匀分布。故 增糟又称为均匀分布输送临界速度；当加料流率增大时，这个临界速度值也增大。如果将不同 郧泽时的 增糟员、 增糟圆、⋯ 增糟云连起来，则 杂允称为经济输送风速曲线。

随着输送风速的进一步降低、物料的浓度迅速增加，物料在管道中的流动状态不再呈

均匀分布的悬浮输送。颗粒的运动出现了聚集状态，空隙不断减小，成为不稳定的悬浮输

送。按不同的加料流率 郧泽员和 郧泽圆相应于图 员鄄员园中的 糟和 凿所示。

输送浓度是指质量分数，但行业习惯称谓输送浓度，全书同———编者注。

当风速再降低，物料浓度继续增加到一定程度，物料充满了管道，此时管道即为物料所

堵塞，也即 遭员澡员和 遭圆澡圆曲线中的 澡员及 澡圆点，所以 澡员和 澡圆称之为噎塞点，这时的风速称之为噎塞风速。

从物料噎塞管道时开始，流动状态很可能会转变为不易控制的栓状流动，如图 员鄄员园中的 凿所示。对该不稳定栓流区 匀阅，至今尚未作充分研究。

从 阅点开始，随着风速的降低，物料已不能成栓流运动，遂聚合成料柱，只能由空气的静压推动物料向前输送，其对应的 郧泽员的料柱风速 增员小于 郧泽圆的料柱风速 增圆，如图 员鄄员园藻所示。图中 月阅线以上部分即为柱流区。

由曲线 增员在员及 增圆在圆可以看出，只要物料速度有微小的增加，压力损失就会很快地上升，这对功率的消耗是很不利的。为了要降低压力损失，就必须保持低速度，可采用控制空

气进入管道的办法，使料栓成为能控制的料栓运动，这样管道中物料颗粒间的摩擦力大于物

图 员鄄员员 水平管气力输送状态相图

料与管壁的摩擦力，物料颗粒在管道中处于被悬

浮状态，就形成了人为的稳定栓流区。

二、水平管气力输送状态

水平气力输送系统状态相图与铅垂系统没多

大差异，如图 员鄄员员所示。图 员鄄员圆为相应的物料运动状态图，仿效铅垂管气力输送状态相图同样分

析之，此处不再多述。

三、气力输送状态的分类

综上所述，根据气力输送状态相图分析可知，

第一章 气力输送的特点与类型 员猿

在气固两相流动时，物料的运动状态是随着输送风速的变化而变化的。当输送风速高时，物

料处于悬浮状态，呈均匀分布地被气流输送；随着输送风速的降低，物料开始聚集；之后，

部分物料在管道中聚集，呈集团脉动态输送；继续降低输送风速，物料堵塞截面，形成不稳

定的料栓，这时料栓被空气的压力推动输送；再降低输送风速，不稳定的料栓将成为稳定的

料栓，由空气的压力推动输送。

可以认为在垂直管中物料呈均匀分布的界限和水平管中物料飞翔输送的界限，便是稀相

图 员鄄员圆 水平输送物料运动状态

和密相的界限。故经济速度线可视为稀相

和密相的分界线，在其右边为稀相，左边

为密相。同样可以认为在铅垂管输送情形，

相图 员鄄怨上的噎塞速度线 蕴匀运和水平管输送情形 匀澡员澡圆便是划分从利用气流的速度能转到利用气流的压力来输送的分界线。

因此，概括起来，整个气力输送系统

可以分为以下四类：

员郾稀相气力输送 在经济速度线的右边，气流速度较高，物料悬浮在铅垂管中

呈均匀分布，在水平输料中呈飞 翔 状 态，

空隙率很大。物料的输送主要靠较高速度

的气流所持有的能量。

圆郾密相气力输送 在经济速度线的左边和噎塞速度线或沉降速度线右边之间的

这一段范围内。此时，物料在管道内已不

再均匀分布，而呈密集状态，但管道并未

被物料堵塞。因而仍然是依靠气流所持有

的能量来输送。这类流动状态设计的装置

有高压压送、高真空吸送和流态化输送。

猿郾栓流气力输送 这种输送是目前气力输送中一种较好的中等距离的输送方法。它是人为地把料栓预先以气力切割成较短的料栓，气栓把料栓相间地分开，以静压推动料栓连续

前进，这样就提高了料栓速度，降低了输送压力，减少了功率消耗，并增加了输送距离。此

外，尚有将密集状物料连续不断地充塞管内而形成料柱作短距离输送。

源郾集装容器式气力输送 按装料容器的不同而分为无轮的传输筒和有轮的集装容器车两类。它类似于栓料气力输送，是利用空气的压力使传输筒或集装容器车在管道内快速输

送。

员源 气力输送工程

第二章 粉粒体的基本性质

科学技术的持续发展基于两个主要因素，一是主学科本身的深化与提高，主学科共有

苑园多个，如机械工程学、力学、化学工程学等，其中有基础性的和应用性的；另一个是主学科衍生出若干个分支学科，特别是进一步形成现代科学技术发展中的许多科技前沿。气力

输送是若干主学科、分支学科的交叉产物，如图 圆鄄员所示。由图可知，若要深入理解、全面掌握气力输送技术，必须明确其产生根源的学科性质与内容。气固两相流体力学是分支学科

流体力学的前沿之一，而流体力学是主学科力学的分支学科之一。颗粒学是主学科化学工程

学的分支学科之一。

图 圆鄄员 与气力输送相关的学科

颗粒学 （孕葬则贼蚤糟怎燥造燥早赠） 是研究颗粒的形成、颗粒的性质和颗粒技术的一门跨学科、跨行业

的新兴综合性技术学科。由于其范围的广泛性

和基础理论的概括性，颗粒学既与若干基础学

科相毗邻，又直接与工程技术密切相关。颗粒

可以有固相、液相、气相三种形态，实际上以

固体颗粒为主 （即指粉体工程）。颗粒的形成

包括有：机械粉碎、化学合成、粒化以及磨耗

（这在气力输送中也时有发生）。颗粒性质 （及

其测试） 具有三个层次的内容：单颗粒基本性

质、颗粒填充性质和颗粒分散性质。作为管道

物料输送之一的气力输送是颗粒技术即粉体工

程中众多单元操作的一种。它所输送的物料绝

大多数呈颗粒状，少数为容器式 （或筒式） 气

力输送。上述颗粒的诸性质与气力输送之间的关系十分密切，见表 圆鄄员。表 圆鄄员 颗粒性质与气力输送的关系 （粤—密切相关，月—一般相关）

颗粒

性质

气力

输送

固气两相

流体力学吸送式气送 压送式气送 栓流式气送 特种气送

发送罐、

（进）料斗

直管、弯

管、管件

分离器、

收尘器

粒 度 粤 粤 粤 粤 粤 粤 月 粤

颗粒形状 粤 粤 粤 粤 粤 月 月 粤

填充层

几何结构 月 月 粤 月 粤

液相结构 月 月 月 月 月 月

透过阻力 粤 月 粤 粤 月 粤 粤

粉体静力学 月 粤 粤 月 粤

粉体重力流 粤 粤 粤 粤 粤

粉体磨损 粤 粤 粤 粤 月 粤 粤 粤

（续）

颗粒

性质

气力

输送

固气两相

流体力学吸送式气送 压送式气送 栓流式气送 特种气送

发送罐、

料斗

直管、弯

管、管件

分离器、

收尘器

粘附与凝聚 粤 粤 月 粤 月 月 粤 粤

颗粒静电 粤 粤 月 月 月 月 粤 粤

粉尘爆炸 月 粤 月 月 月 粤

第一节 颗粒的几何形态学

一、粒径

粒径是粉体的最重要的一项物性。以颗粒的长度尺寸来表示粒度时，该尺寸称粒径。它

的正确表达取决于所规定的测量方法和表示方法。对于球、立方体、圆柱体、三角锥体之类

形状规则的物体，可用直径或边长作为粒度的代表尺寸。但是，实际上的粉体的颗粒形状极

为复杂，每一个颗粒都有其独自的不同形状。对于不规则形状颗粒的粒度代表尺寸，按所测

线度或性质，可有如下几种不同定义的粒径。

员郾球当量径 从几何学或是物理学的角度来看，最容易处理的是球。因此，以球为基础，而把不规则形状的颗粒看作为相当的球。与颗粒等体积 灾的球的直径称为等体积球当量径。

凿藻增 越猿远灾槡π （圆鄄员）

与颗粒等面积 杂的球的直径称为等表面积球当量径

凿藻泽越杂槡π （圆鄄圆）

与颗粒具有相同的表面积 杂对体积 灾之比，即具有相同的体积比表面 杂灾的球的直径称

图 圆鄄圆 颗粒的外接长方体

为体积比表面球当量径

凿藻泽增 越远灾杂

越凿猿藻灾凿圆藻杂

（圆鄄猿葬）

或 杂灾越远

凿藻泽增（圆鄄猿遭）

另外，在流体中以等沉降速度下降的球的直径称为沉降速

度球当量径。

圆郾三轴径 设在最小体积的长方体 （外接长方体） 内恰能装入某个颗粒，如图 圆鄄圆所示。若以该长方体的长度 造、宽度 遭、高度 澡来作为该颗粒尺寸的定义时，称为三轴径。如采用显微测定，则所观测到的颗粒的平面图，将最靠近的两平行

员远 气力输送工程

线的间距称为短径 遭，与其垂直方向的平行线的间距离称为长径 造，由显微镜载玻片至颗粒顶面间的距离称为高度 澡。图 圆鄄圆所示颗粒的外接长方体用显微镜测定时，通常先确定长径，然后，取其垂直方向作为短径。显然，这种取定方法，有利于强调长形颗粒的存在。三

轴径的平均值计算式及其物理意义见表 圆鄄圆。表 圆鄄圆 三轴径的平均值计算公式

序号 计算式 名 称 物 理 意 义

员造垣遭

圆长短平均径、二轴平均径 平面图形的算术平均值

圆造垣遭垣澡

猿三轴平均径 立体图形的算术平均值

猿猿

员辕造垣员辕遭垣员辕澡三轴调和平均径①

同外接长方体有相同比面积的直径，或立方

体的一边长

源 槡造遭 二轴几何平均径 平面图形的几何平均

缘 猿槡造遭澡 三轴几何平均径 同外接长方体有相同体积的立方体的一边长

注：长方体的质量比表面积 杂酝越圆（造遭垣造澡垣遭澡） 辕ρ泽辕遭澡越远辕（ρ泽凿），由此式可求 凿。式中ρ泽为颗粒密度， 凿为粒径。

猿郾投影径 用光学显微镜、电子显微镜或其他投射摄影方法，直接观测颗粒的投影轮廓，并以与颗粒摄影轮廓性质相同的圆的直径表示粒径。

（员） 随机平均径：其测定方法如图 圆鄄猿葬所示，统计得到随机的平均测定值。

图 圆鄄猿 投影粒径的种类葬）随机平均径 遭）面积等分径 糟）最大定向径 凿）投影圆当量径

（圆） 面积等分径：系指在一定方向上颗粒投影面积二等分线的长度，如图 圆鄄猿遭所示。（猿） 最大定向径：系指在一定方向上颗粒投影轮廓的最大宽度，如图 圆鄄猿糟所示。

第二章 粉粒体的基本性质 员苑

（源） 圆当量径：与颗粒投影面积相等的圆的直径称为投影圆当量径 （或称等面积圆当量径），如图 圆鄄猿凿所示。另外，还有等周长圆当量径，系指其圆周与颗粒投影图形周长相等的圆的直径。

一般，上述各投影径的关系为随机平均径 跃投影圆当量径 跃面积等分径。若长短径比小，用面积等分径代替投影圆当量径偏差不会太大，但细长颗粒的偏差则较大。

源郾平均粒径 平均粒径系指由许多粒径不等的颗粒所组成的颗粒群的平均粒径，可用统计数学的方法求得。

（员） 加权平均粒径：将粒群划分为若干窄级别，设任意一粒级的粒径为 凿，该粒级的颗粒个数为 灶或占总粒群的质量分数为 憎（豫）。则有如下四种不同加权的平均粒径 凿葬计算方法：

个数 （标术） 平均粒径

凿灶葬 越Σ灶Σ灶( )凿 越Σ

（灶凿）Σ灶

（圆鄄源）

长度平均粒径

凿造葬 越Σ灶凿

Σ（灶凿）[ ]凿 越Σ（灶凿圆）

Σ（灶凿）（圆鄄缘）

面积平均粒径

凿杂葬 越Σ灶凿圆

Σ（灶凿圆）[ ]凿 越Σ（灶凿猿）

Σ（灶凿圆）（圆鄄远）

体积平均粒径

凿灾葬 越Σ灶凿猿

Σ（灶凿猿）[ ]凿 越Σ（灶凿源）

Σ（灶凿猿）（圆鄄苑）

（圆） 形状平均粒径：用假想的球形颗粒的粒径作为颗粒群的平均粒径。由形状完全相同而颗粒大小不一的颗粒群，并设其粒径 凿、表面积 杂、体积 灾，其形状系数杂和灾。则颗粒表面积和体积的平均值为Σ（灶杂） 辕Σ灶，Σ（灶灾） 辕Σ灶。若表面积、体积平均值与其相等的假想颗粒的平均表面积粒径及平均体积粒径分别为 凿葬杂、 凿葬灾，则有如下关系：

杂凿圆葬杂 越Σ（灶杂）Σ灶

，灾凿猿葬灾 越Σ（灶灾）Σ灶

将 杂越杂凿圆， 灾越灾凿猿代入，则得

凿葬杂 越Σ（灶凿圆）Σ槡 灶 （圆鄄愿）

凿葬灾 越猿Σ（灶凿猿）Σ槡 灶 （圆鄄怨）

平均粒径的计算公式主要有上述六种，见表 圆鄄猿。

员愿 气力输送工程

表 圆鄄猿 平均粒径的计算式

序号 平均径名称 个数 灶基准 质量 皂基准

员 个数平均径 凿灶葬Σ灶凿Σ灶

Σ（皂辕凿圆）

Σ（皂辕凿猿）

圆 长度平均径 凿造葬 Σ（灶凿圆）Σ（灶凿）

Σ（皂辕凿）

Σ（皂辕凿圆）

猿 面积平均径 凿杂葬Σ（灶凿猿）

Σ（灶凿圆）Σ皂

Σ（皂辕凿）

源 体积平均径 凿灾葬Σ（灶凿源）

Σ（灶凿猿）Σ（皂辕凿）Σ皂

缘 平均表面积径 凿葬杂 Σ（灶凿圆）Σ槡 灶 Σ

（皂辕凿）

Σ（皂辕凿猿槡 ）远 平均体积径 凿葬灾

猿Σ（灶凿猿）Σ槡 灶

猿Σ皂

Σ（皂辕凿猿槡 ）

图 圆鄄源 标准正态分布

二、粒度分布

粒度分布的最精确描述是采用数学函数形式进行表达，即用概率理论或近似函数的经验

法来寻找数学函数。用分布函数不但可表示粒度的分布状态，而且，还可按解析法求出各种

平均径、比表面积、单位质量的颗粒数等粉体特性值，以及还能借此而减少决定粒度分布所

必需的测定次数。

在实际测量中，往往将大多数可以认为是连续的粒度分布范围视为许多个离散的粒级

Δ凿，测出各粒级中的颗粒个数百分数或质量百分数Δ；或者测出小于 （或用大于） 各粒度的累积个数百分数或累积质量百分数。采用逐个计量方法如显微镜法及计数器法，所得为个数分布数据。用筛分析法和沉降法等，则得为质量分布数据。

当Δ凿很微小因而Δ也很微小时，Δ辕Δ凿越凿辕凿（凿） 称为分布函数 （或概率密度），以 云（凿） 表示。它是累积分布曲线在某个 凿处的斜率。 云（凿） 是归一到个数或质量百分数为 员园园豫的分布函数。

粒度分布函数有多种类型，应用较为广泛的如下所

述。

员郾正态分布 在自然现象或社会现象中 “随机事件” 的出现具有偶然性，但就总体而言，却总具有必然

性，即这类事件出现的频率总是有统计规律地在某一常

数附近摆动。这种分布规律就是正态分布。正态分布是

一条中心对称曲线 （见图 圆鄄源），在统计学上称为高斯曲线。它是一种双参数函数，一个参数是平均值 曾，另一个参数是标准偏差σ，即分布宽度的一种量度。正态分

第二章 粉粒体的基本性质 员怨

布由下式表示：

（曾）越员

σ 圆槡π藻曾责 原

（曾原曾）圆

圆σ[ ]圆 （圆鄄员园）

对于以个数或质量为基准的粒度分布，可用下式表示：

云（凿）越凿

凿（凿）越

员园园

σ 圆槡π藻曾责 原

（凿原凿缘园）圆

圆σ[ ]圆 （圆鄄员员）

式中， 凿缘园是累积百分数为 缘园豫的对应粒径，称谓中位径，如图 圆鄄缘所示。当符合正态分布时， 凿皂越凿缘园越凿葬。若为不正态分布时，也以 凿缘园表达分布的中心更为适宜。

在正态概率纸上绘出的累积正态分布是一条直线，如图 圆鄄远所示。

图 圆鄄缘 频度分布曲线凿皂—最大个数 （质量）径 凿缘园—中位径

凿葬—平均径

图 圆鄄远 正态概率纸上的累积分布曲线

除了自然界中的植物花粉粒度分布符合正态分布外，工程上大多数颗粒粒度分布曲线很

少符合真正的正态分布。

与累积分布不同，正态分布是一种对称的频度分布。对于粉体的正态分布来说，通常是

对应于峰顶的最大个数 （或质量） 粒径 凿皂偏在小粒度一侧，成为非对称分布。如将横坐标的算术坐标改为对数坐标，则非对称分布就成为正态分布。以 造灶凿、造灶σ早分别代替式 （圆鄄员员）中的 凿、σ，即可得对数正态分布方程式，即

云（造灶凿）越凿

凿（造灶凿）越

员园园

造灶σ早 圆槡π藻曾责 原

（造灶）凿原造灶凿缘园）圆

圆造灶圆σ[ ]早 （圆鄄员圆）式中，造灶σ早为对数标准偏差。

在对数概率纸上绘出的对数正态分布亦是一条直线，这种粒度分布适用于粉碎所得的粉

体 （如砂岩、石灰石等）。

圆郾砸燥泽蚤灶鄄砸葬皂皂造藻则分布 对数正态分布的解析方便，但是，对于粒度分布范围广的颗粒群来说，按对数正态分布作图所得直线的偏差很大。砸燥泽蚤灶与 砸葬皂皂造藻则等人通过对煤粉、水泥等物料粉碎实验的概率和统计理论的研究，归纳出指数函数表示粒度分布的关系式。

圆园 气力输送工程

云（凿）越凿

凿（凿）越员园园皂遭凿皂原员藻曾责（原遭凿皂） （圆鄄员猿）

式中 是小于 凿的质量百分数， 皂和 遭是常数。积分后，得

越员园园［员原藻曾责（原遭凿皂）］ （圆鄄员源）若以 砸表示大于 凿的质量百分数 （或称 砸为累积筛上，与为累积筛下），则

砸 越员园园原 越员园园藻曾责（原遭凿皂） （圆鄄员缘）

或 造燥早造灶员园园( )砸 越造燥早遭垣皂造燥早凿 （圆鄄员远）

故将 造灶（员园园辕砸） ～ 凿作于双对数纸上，标绘所得累积分布曲线也应为一条直线。由其斜率和截距可求出分布参数 皂和 遭。 皂为该分布的均匀性指标， 皂越大，分布越窄，粒度越匀齐。

三、颗粒形状

员郾颗粒形状的分析方法 颗粒形状对粉体许多性能的影响程度与粒度相比，往往是有过之而无不及。例如，颗粒的比表面积、流动性、松密度、填充层对流体透过的阻力以及在

流体中的运动阻力 （会影响气力输送速度） 等。但是，颗粒形状的测量与表达都远远难于粒

度。何况，前已述及，粒径的某些定义还有赖于颗粒形状的确切表示。一般，常用的定性的

颗粒形状用语就有十多种：球状、立方体状、柱状、板状、片状、粒状、棒状、针状、纤维

状、块状、树枝状、海绵状、角状、尖角状、丸状等。

颗粒形状可定义为：一个颗粒的轮廓边界或表面上各点的图像。

迄今为止，关于粉体颗粒形状的分析共有下列四种表示方法：

员） 单个颗粒代表尺寸的直接法———各种形状系数，形状指数。圆） 颗粒群性质的间接法———如密度比、填充率、透过率。猿） 正确的数学表示方法。源） 语言信息表示方法。其中，前两种方法系常用的经验方法，第三种方法是当前的研究前沿，已初见成效，而

第四种方法尚待今后开发而用于计算机反馈。

圆郾形状系数 前述对粒径下定义时系特定颗粒呈简单的几何形状，为将粒径同颗粒的表面积和体积关连起来，则需引入有关形状的系数。所谓形状系数与体积、表面积有关。实

际上，形状系数是表示颗粒形状与圆的不一致程度。体积形状系数、表面积形状系数与比表

面积形状系数是三个最有代表的形状系数。

（员） 体积形状系数和表面积形状系数：首先，考虑单个颗粒。设 凿为粒径， 灾为单个颗粒的体积， 杂为单个颗粒的表面积，灾为体积形状系数，杂为表面积形状系数，则可按下式进行定义：

灾越灾凿猿

杂越杂凿}圆 （员鄄员苑）

对于球灾越π辕远，杂越π；对于边长为 凿的立方体，灾越员，杂越远。（圆） 比表面积形状系数：设 杂灾为体积比表面积， 杂酝 为质量比表面积，则

第二章 粉粒体的基本性质 圆员

杂灾 越杂灾

越杂凿圆

灾凿猿越

凿

杂酝 越杂灾

ρ

杂

（圆鄄员愿）

式中 ρ杂———颗粒的密度；

越杂辕灾———比表面积形状系数，对于球越远。等体积球当量径为如式 （圆鄄员） 的 凿藻灾，则该球的表面积 杂越π凿圆藻灾。所以对于非球状颗

粒，可令

糟 越π凿圆藻灾

杂越π

（远灾辕π）圆辕猿

杂伊

（远灾辕π）员辕猿

（远灾辕π）员辕猿越

远灾杂凿藻灾

越远

杂灾凿藻灾（圆鄄员怨）

所以 杂灾越远

糟凿藻灾，并与式 （圆鄄猿遭） 对比，可得

糟 越凿藻杂灾凿藻灾

（圆鄄圆园）

式中，糟称谓卡门 （悦葬则皂葬灶） 形状系数或表面形状系数，对于球糟越员。几种不同形状颗粒的各项形状系数见表 圆鄄源。

表 圆鄄源 颗粒的形状系数

颗粒形状 表面积形状系数杂 体积形状系数灾比表面积形状系数

越杂辕灾

球形 造越遭越澡越凿 π π辕远 远

圆锥形 造越遭越澡越凿 园郾愿员π π辕员圆 怨郾苑

圆板形 造越遭越凿

造越遭， 澡越凿

造越遭， 澡越园郾缘凿

造越遭， 澡越园郾圆凿

造越遭， 澡越园郾员凿

—

猿π辕圆

π苑π辕员园

猿π辕员缘

—

π辕源

π辕愿

π辕圆园

π辕源园

—

远

愿

员源

圆源

立方体形 造越遭越澡 远 员 远

方柱体及方板形 造越遭

澡越遭

澡越园郾缘遭

澡越园郾圆遭

澡越园郾员遭

—

远

源

圆郾愿

圆郾源

—

员

园郾缘

园郾圆

园郾员

—

远

愿

员源

圆源

浑圆形 （如经水冲蚀的砂子，熔凝

烟灰）圆郾苑～猿郾源 园郾猿圆～园郾源员 愿郾猿源～愿郾圆怨

多角状 （如粉碎 后 的 煤、石 灰 石、

砂）圆郾缘～猿郾圆 园郾圆园～园郾圆愿 员圆郾缘～员员郾源猿

板片状 （如石墨粉、滑石、石膏） 圆郾园～圆郾愿 园郾员圆～园郾员远 员远郾远苑～员苑郾缘园

薄片状 （如云母、石墨、铝片） 员郾远～员郾苑 园郾园员～园郾园猿 员远郾园～缘远郾远苑

猿郾形状指数 形状指数是用于形状间的相互比较。根据使用的目的，先作出理想的图

圆圆 气力输送工程

像，然后将理想形状和实际形状的关系指数化。下面阐述一些形状指数。

（员） 长短度和扁平度：根据三轴径 遭、 造、 澡之值，可导出下面的指数：长短度 越长径 辕短径 越造辕遭扁平度 越短径 辕厚度 越遭辕}澡 （圆鄄圆员）

当 造越遭越澡时，即立方体的上述各项指数全部等于 员。（圆） 球形度Ψ宰

Ψ宰 越与实际颗粒体积相等的球的表面积

实际颗粒的表面积越π凿圆藻灾

杂（圆鄄圆圆）

对比式 （圆鄄员怨） 和式 （圆鄄圆圆） 可知，Ψ宰 越糟。一般Ψ宰 约员，而对于球形，Ψ宰 越员。这一指数适用于表面积和体积可计算的颗粒 （见图 圆鄄苑）。一些材料的Ψ宰 实测值见表 圆鄄缘。

表 圆鄄缘 一些材料的球形度Ψ宰

测量值

名称 Ψ宰 名称 Ψ

宰

钨粉 园郾愿缘 煤尘 园郾远园远糖 园郾愿源愿 水泥 园郾缘苑烟灰 （圆形的） 园郾愿圆 玻璃尘 （棱角的） 园郾缘圆远钾盐 园郾苑圆 软木颗粒 园郾缘园缘砂 （圆形的） 园郾苑园 云母尘粒 园郾员园愿可可粉 园郾远园远

图 圆鄄苑 规则体的球形度Ψ宰 图 圆鄄愿 圆形度或轮廓比

（猿） 圆形度 （见图 圆鄄愿）

圆形度 越与颗粒投影面积有相同面积的圆的周长

颗粒投影轮廓的长度（圆鄄圆猿）

该值也称轮廓比，其倒数称为周长比。用于沉淀物的水力输送。

（源） 圆角度：表示颗粒棱角磨损程度之值。

圆角度 越则员垣则圆垣则猿垣⋯

砸晕（圆鄄圆源）

式中， 则员、 则圆、 则猿⋯为颗粒轮廓相应各个角的曲率半径，非圆角者为零； 砸为最大内接

第二章 粉粒体的基本性质 圆猿

圆半径； 晕为测定角的总数。就总体而言，随圆角度的增大， 则接近于 砸，如图 圆鄄怨所示。圆的圆角度近似于 员。圆角度可用于气力输送中表示被输送颗粒的磨碎度。

图 圆鄄怨 圆角度的类型葬） 砸跃则不圆 遭） 砸越则最大圆度

糟） 砸约则有圆角

源郾云燥怎则蚤藻则级数展开分析法 颗粒形状的数学分析使得在气力输送工程研究中的颗粒形态效应问题有了比较好的

定量手段。先进的图像处理使用技术为颗粒形态研究提供

了现代化科学而又方便的条件，能在数值化的基础上，对

颗粒形状作出严格的定义、区分与表征。目前，颗粒形状

的函数表达方法有多种，自 圆园世纪 苑园年代以来，研究得较多的是用 云燥怎则蚤藻则级数，随后还有采用分数维以及分数谐

（调和） 函数。其中，分数维只对颗粒的粗糙度有效，但不

能给出宏观形状的信息。由分数维概念发展而来的分数谐

（调和） 函数，则既能表征宏观形状，又能适用于高凹形颗

粒，但其缺点是比较冗长。云燥怎则蚤藻则级数更可对三维图形即空间几何体作形状分析。这里仅介绍常用的颗粒投影像 （二维） 形状的 云燥怎则蚤藻则级数展开分析法。

（员） 极坐标法：由图 圆鄄员园所示的颗粒外形上取 猿园～源园个点，测量每个点的 （曾、 赠） 坐标，求出重心作原点，转换为 （砸、θ） 极坐标，这些点的 砸、θ值就近似地代表了图像形状和尺寸的全部信息。 砸随θ而变化乃以 圆π为周期。将函数 砸（θ） 进行 云燥怎则蚤藻则级数展开

砸（θ）越粤园垣∑肄

灶越员粤灶糟燥泽（灶θ原α灶）

越粤园垣∑肄

灶越员（α灶糟燥泽灶θ垣遭灶泽蚤灶灶θ） （圆鄄圆缘）

式中， 粤园、 粤灶、 葬灶、 遭灶是 云燥怎则蚤藻则系数，α灶是相角， 灶是展开项数。由此便得到一系列系数，可用来再现颗粒原有形状。

图 圆鄄员园 极坐标法 图 圆鄄员员 切线法

（圆） 切线法：图 圆鄄员员表示了凹形颗粒，若仍用极坐标法则在凹处 砸（θ）是多值函数，应改用切线法计算。这里用弧长 造和斜率（造）变换坐标 （曾， 赠）。为了规一化，引入参数 贼

贼越圆π（造辕蕴） （圆鄄圆远）式中， 蕴是总弧长或周长，弧长 造变化间隔为 ［园， 造］，相应参数 贼的变化间隔为 ［园，

圆π］。

圆源 气力输送工程

把Φ（造）展开成 云燥怎则蚤藻则形式为

Φ（贼） 越Φ燥垣∑肄

噪越员葬噪糟燥泽噪贼垣遭噪泽蚤灶噪贼 （圆鄄圆苑）

式中 Φ燥、 葬噪、 遭噪———云燥怎则蚤藻则系数；噪———展开项数。

第二节 颗粒填充层的结构性质

一、颗粒填充层的几何结构性质

员郾均一球粒系统的排列 以均一球粒来阐明填充层结构与颗粒间孔隙的基本性质，如图 圆鄄员圆所示。均一球粒在同一平面内的基本排列层可有两种：正方排列层，斜方排列层。图中 源个球构成基本排列层的最小单位。根据基本排列层的不同组合，共有 远种排列的可能。各种最小构成如图 圆鄄员猿所示。它们的空间特点见表 圆鄄远。可以看出，图 葬的填充为最疏，而图 糟与 枣的填充为最密。

图 圆鄄员圆 均一球的基本排列层葬）正文排列 遭）单斜方 （六方排列）

图 圆鄄员猿 球状颗粒的填充方式葬）立方体 遭）正菱面体 糟）斜方六面体 凿）正菱面体

藻）正方晶系楔形半面像 枣）斜方六面体

第二章 粉粒体的基本性质 圆缘

表 圆鄄远 均一球粒的最小构成单位的空间特性

填充方式 （见图 圆鄄员猿） 单位体积 空隙体积 空隙率 （豫） 填充率 （豫）

葬） 阅猿 园郾源阅猿 源苑郾远源 缘圆郾猿远

遭） 园郾愿苑阅猿 园郾猿源阅猿 猿怨郾缘源 远园郾源远糟） 园郾苑员阅猿 园郾员愿阅猿 圆缘郾怨缘 苑源郾园缘凿） 园郾愿苑阅猿 园郾猿源阅猿 猿怨郾缘源 远园郾源远藻） 园郾苑缘阅猿 园郾圆猿阅猿 猿园郾员怨 远怨郾愿员枣） 园郾苑员阅猿 园郾员愿阅猿 圆缘郾怨缘 苑源郾园缘

圆郾均一球粒的随机填充 将 怨园园～员远园园个半径 猿郾苑愿皂皂的铅球放入直径 愿园～员猿园皂皂烧杯内，注入 圆园豫醋酸水溶液，最后在铅球的触点上生成有盐基性醋酸铅的白色环，据此测算其配位数 （每个球四周邻接的球粒数）。图 圆鄄员源所示为不同平均空隙率ε的五种填充状态下的配位数 噪灶分布情况。图 圆鄄员缘为平均空隙率与平均配位数的关系。

图 圆鄄员源 在不同平均空隙率ε五种填充状态下的配位数分布

图 圆鄄员缘 平均空隙率与平均配位数的关系

图 圆鄄员远 圆筒容器的壁效应

据许多实验资料，可整理得空隙率与配位数的关系

ε 越员郾园苑圆原园郾员员怨猿噪灶垣园郾园园源猿员噪圆灶 （圆鄄圆愿）在 噪灶越远～员圆范围内，下式能与公式基本一致

噪灶ε 越π （圆鄄圆怨）

猿郾效应和局部填充结构

（员） 壁效应：图 圆鄄员远所示为圆筒状容器直径与球径之比在 员～员园园间变化下的不同空隙率ε情况。图中斜直线为最下层颗粒的几何计算值；虚线为另一实测结果。

由图中曲实线可知，容器直径与球径之比约达 缘园倍时，壁效应方才消除，而空�