非标准文氏管气固两相流阻力特性的研究

　　1 前言

　　气固两相在管道中共流是工业设备中常见的一种现象[1],其在动力、水泥、冶金、粮食加工和化工等工业中得到广泛应用。在电站锅炉中,气体输送的介质主要是煤粉[2]。

　　标准文丘利管作为测量单相流流量的装置已经得到广泛认可[3]。虽然文氏管加工工艺要求较高,这在一定程度上限制它的应用,但是它又有阻力小、流线型、不易磨损、直管段要求短的特点。在气固两相流中,由于流体对阻件磨损较大,因此对阻件的精度要求远低于单相流的要求,同时,国内外对它在两相流中特性研究也较少。

　　正是基于这样的情况下,作者采用自己设计的文氏管对其在气粉两相流中的特性做了一些试验研究工作,得出文氏管在纯空气下的阻力系数与节流比的关系,在输粉情况下阻力系数、比例常数与节流比、浓度、Stocks间的关系。

　　2 试验系统及测量装置

　　试验遵循模化试验的原则,即相似准则数相等,但在试验中要完全满足这个条件实际上十分困难,因此只能采用近似模化方法[4]。

　　试验系统见图1所示,气流经风机加压,在风粉混合器与煤粉混合,过稳定段进入文氏管,最后由旋风分离器分离、收集煤粉,降低污染,管道采用Φ76X4.5无缝钢管。

　　文氏管结构见图2,相关参数见表1。

　　试验介质分别是两种煤粉,具体特性见表2,试验风速分别是18 m/s、21m/s、24 m/s、27 m/s、30m/s,相应的Re数是7.53X10⁴~12.56x10⁴,煤粉浓度由0.1 kg/kg变化到0.5 kg/kg,煤粉浓度的控制是由螺旋给粉机转速决定,给粉机在试验前已标定。

　　使用的测压装置是英国产的数字式微压计ZEPHYR,数据能精确到10-1Pa。

　　3 阻力系数的计算方法

　　对于阻力系数的计算是采用下列两个公式纯空气时:

　　在单相和两相流的阻力系数N0、NL求出后,可以在利用下列公式求出它们与煤粉浓度之间的关系:

　　4 试验分析与讨论

　　4.1 纯空气文氏管阻力特性

　　文氏管在纯空气中的阻力特性见图3,图的横坐标是Re,纵坐标是阻力系数N0。图中表明,当Re数较低时,阻力系数随雷诺数增加而增大,当雷诺数达到某一数值时,阻力系数不再随雷诺数而变化,即进入稳定的自模区。进入自模区的Re0约为8.0X10⁴。

　　4.2 气粉流文氏管阻力特性

　　在单相流试验的基础上,分别测量了三种节流比文氏管在气粉两相流中的阻力,对测量结果进行整理后得图4、图5。由图可看出,阻力系数阻力比例常数Kj与节流比m、浓度、煤种有关。下面分别对各种影响因素具体做出分析。