[01324737]散状物料气力输送系统关键技术研究与应用

1.项目来源 本项目源于河南省科技厅工业攻关项目（102102210134）“散状物料气力输送系统关键技术研究与应用”、 河南省教育厅科学技术研究重点资助项目（12A460013）“粮食气力输送系统运行参数的优化与控制”和河南省大公粮食机械有限公司所提供的研究平台。 2.研究内容 以散装粮食为输送对象,针对现行气力输送系统中存在的磨损、压损及耗能过大,输送产量不稳定等题,进行了以下方面的研究 （1）对气力输送管道中气固两相流的流动特性进行了系统的分析,建立分层流动的物理及数学模型; （2）粮食颗粒在水平、垂直及弯管管段的流动特性进行数值计算,分析不同入口速度和不同入口颗粒体积分数条件下管内的颗粒体积分数分布和压力分布,讨论各参数对管道内气固两相流流态的影响; （3）对输送系统的结构参数进行优化并进行气固两相流场进行实验和数值分析; （4）确定气力输送系统流量的在线测量方式,开发输送过程的监视、控制和管理系统。 3.技术原理 （1）利用相关理论和仿真软件对三种管内气固两相流的流动状态进行研究,分析不同入口速度、入口颗粒体积分数条件下管道内压降的变化,以及不同曲径比对弯管压降和管壁磨损的影响,继而提出了采用变径管道的设计方法,对系统中的小曲径比弯管及水平管进行优化设计。 （2）对粮食气力输送系统中的水平管和竖直管进行实验,采集了相关数据,通过理论分析和数据处理,得出了变径管结构及流动参数对气力输送的影响规律 （3）以实际测量数据为样本建立了基于BP神经网络的流量预测模型。该流量预测模型可在线实时测量、准确,能有效改善测量信号反馈滞后的现象; （4）以流量预测为反馈环节设计稀相粮食气力输送的模糊控制系统,以风速变化作为模糊控制器的输出量,对风量调节器进行控制,其控制原理图见图 1.技术特点 （1）应用气固两相流理论,对粮食颗粒气力输送中影响质量流量的主要因素进行理论分析;得出输送风速、沿程管道压力及颗粒浓度是影响系统物料流量输出的主要因素; （2）运用FLUENT软件,对粮食颗粒在三种管道形式中的气固两相流态进行模拟研究,分析分析不同入口速度和颗粒体积分数在管道内压降的变化规律; （3）采用变径管的优化设计方法以改善管内粮食颗粒的流动特性,确保降低压损和减小能耗,稳定系统的输送产量; （4）对水平直管和竖直管不同入口速度与压降之间的关系进行实验,并与模拟结果对比,证明系统压力损失随着管道入口速度逐渐增大而曾大; （5）基于BP神经网络技术,建立粮食气力输送流量预测模型,改善流量测量信息反馈滞后等问题; （6）设计以流量预测为反馈环节的粮食气力输送模糊控制系统,提高输送过程的自动化程度。 2.与国内外同类技术比较 经国内多家数据库查新表明,与上述研究内容及技术特点相同的描述,在所检文献中未见报道。 3.创新点 （1）运用流体力学分析软件FLUENT对粮食散状颗粒在单一直管、弯管和变径管三种管道气力输送过程中的流场分布规律进行数值模拟和研究;采用变径管的优化设计方法可有效改善气固两相流流动特性; （2）基于BP神经网络工具建立粮食气力输送流量预测模型;并建立以流量预测为反馈环节的模糊控制系统,来实现输送过程的闭环控制;该控制系统准确、响应快、稳定性强。 4.经济效益和社会意义 该项目的研究成果可有效地降低粮食气力输送管道中的气流、压损和能耗,实现在线流量预测,实时调控压损、 风速与输送量之间的动态关系,使系统处于最佳状态,充分利用粮食资源,降低粮食损耗率,提高粮食气力输送的自动化程度具有十分重要的意义,同时具有很大的经济效益。 5.推广应用前景 该项目的研究成果,不但应用于粮食颗粒的气力输送工程中,还可被广泛应用于煤炭、电力、建材、化工等散料气力输送系统中,因此具有较高的实用性和推广应用价值。