负压气力输送管道结构优化方法及负压气力输送系统与流程

本发明涉及负压输送管道设计，尤其涉及一种负压气力输送管道结构优化方法及负压气力输送系统。

背景技术：

1、气力输送作为一种高效、节能的物料输送方式，广泛应用于化工、冶金、建材、食品等行业。根据输送方式的不同，气力输送可分为正压气力输送和负压气力输送两大类。其中，负压气力输送系统通过负压风机在管道内产生气流，将颗粒状物料从管道的一端输送到另一端，具有管道结构简单、能耗较低、适应性强等优点，因此在实际应用中得到广泛推广。

2、在负压气力输送系统的设计过程中，输送管道的结构参数（如管径、管道长度、弯头数量与角度等）的合理配置对输送效率、能耗及系统的稳定性具有重要影响。传统的结构优化方法主要依赖于工程经验和试错法，往往需要大量的试验验证，耗时耗力，且难以保证设计参数的最优化。此外，随着输送物料粒径、密度等特性的多样化，传统方法在应对复杂工况时显得力不从心，难以满足现代工业对高效、精准输送系统的需求。

3、近年来，随着计算机仿真技术的发展，基于物理模型的数值模拟逐渐成为管道设计的重要工具。然而，现有的仿真方法在实际应用中仍存在以下不足，例如，对于负压流体输送管道中流场稳态计算时，边界条件设定困难，不能准确反映气流在管道内不同区域的实际分布和变化，导致颗粒运动轨迹预测不准确，最终得到的结构参数与实际相差比较大。

4、针对上述问题，亟需一种新的基于计算机仿真的管道设计方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种利用物理仿真分析模型对输送管道进行精确模拟和优化以提供管道设计效率的负压气力输送管道结构优化方法及压气力输送系统。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种负压气力输送管道结构优化方法，所述输送管道用于基于负压风机提供的负压气力输送颗粒状物料，所述确认方法包括：

3、基于当前设定的所述输送管道的结构参数，构建离散相流体分析的物理仿真几何模型；

4、将所述物理仿真几何模型中的流场分为气相区域和颗粒运动区域，其中气相区域为单一气流流动区，颗粒运动区域为气流携带物料的区域；

5、以负压风机的工作参数作为气相区域的边界条件，对所述气相区域进行稳态计算，获取气流入口的第一流速；

6、将第一流速作为颗粒运动区域的边界条件，对所述颗粒运动区域进行稳态计算，并在计算结果中添加离散相颗粒，以构建颗粒运动轨迹；

7、根据所述颗粒运动轨迹，计算获得参考指标的数值，所述参考指标用于表征所述颗粒运动区域的输送状态和/或侵蚀率；

8、根据所述参考指标调整所述结构参数，并重新获得所述参考指标；

9、根据所获得的若干组所述参考指标，选出最优的所述结构参数。

10、较佳地，所述参考指标中用于表征所述颗粒运动区域的输送状态的指标包括所述颗粒运动区域进口和出口的流速和压力。

11、较佳地，基于finnie模型计算所述侵蚀率。

12、较佳地，对于所述输送管道的弯曲段，基于预设的修正系数和当前位置的平均流速对计算出的所述侵蚀率进行修正。

13、较佳地，基于对比试验获取所述修正系数。

14、较佳地，基于dpm模型构建所述物理仿真几何模型。

15、较佳地，所述结构参数包括管径、管长、弯头半径、管道材质、管道形状中的任一者或多者。

16、较佳地，在所述物理仿真几何模型中，对气相区域和颗粒运动区域进行网格划分，以将连续的计算域离散化为有限的网格单元。

17、本发明还提供一种负压气力输送系统，其包括负压风机、真空输送机以及输送管道；所述输送管道包括第一管道和第二管道，所述负压风机通过所述第一管道与所述真空输送机连接，以为所述真空输送机内提供一负压环境；所述真空输送机通过所述第二管道与储存有待输送颗粒状物料的储料仓连接，所述真空输送机用于接收所述储料仓中的物料；所述输送管道的结构参数基于上述的负压气力输送管道结构优化方法确认。

18、较佳地，所述真空输送机内靠近与所述第一管道连接的一端还设置有过滤网，所述过滤网用于阻止所述物料进入所述第一管道。

19、与现有技术相比，本发明上述技术方案提供的负压气力输送管道结构优化方法，具有如下技术效果：

20、1、设计精度提高：通过建立离散相流体分析几何模型，并将流场区域精确划分为气相区域和颗粒运动区域，确保了模拟过程中各区域的流动特性得以准确反映。这种精细化的模拟提高了结构参数设计的准确性，减少了实际应用中的偏差；

21、2、优化效率提升：采用稳态计算和颗粒运动轨迹模型，能够快速获取关键参考指标（如流速、侵蚀率等），并通过调整结构参数实现优化或从多组结构参数中选优。这一流程取代了传统的依赖经验和试错法的低效设计方式，大幅缩短了设计周期，降低了人力和时间成本。

22、3、降低能耗与侵蚀率：精准的结构参数配置优化了气流和物料的输送路径，减少了能量损耗。同时，通过参考指标中的侵蚀率评估，能够有效降低管道的磨损，延长设备使用寿命，减少维护成本。

技术特征：

1.一种负压气力输送管道结构优化方法，所述输送管道用于基于负压风机提供的负压气力输送颗粒状物料，其特征在于，所述确认方法包括：

2.根据权利要求1所述的负压气力输送管道结构优化方法，其特征在于，所述参考指标中用于表征所述颗粒运动区域的输送状态的指标包括所述颗粒运动区域进口和出口的流速和压力。

3.根据权利要求1所述的负压气力输送管道结构优化方法，其特征在于，基于finnie模型计算所述侵蚀率。

4.根据权利要求1所述的负压气力输送管道结构优化方法，其特征在于，对于所述输送管道的弯曲段，基于预设的修正系数和当前位置的平均流速对计算出的所述侵蚀率进行修正。

5.根据权利要求4所述的负压气力输送管道结构优化方法，其特征在于，基于对比试验获取所述修正系数。

6.根据权利要求1所述的负压气力输送管道结构优化方法，其特征在于，基于dpm模型构建所述物理仿真几何模型。

7.根据权利要求1所述的负压气力输送管道结构优化方法，其特征在于，所述结构参数包括管径、管长、弯头半径、管道材质、管道形状中的任一者或多者。

8.根据权利要求1所述的负压气力输送管道结构优化方法，其特征在于，在所述物理仿真几何模型中，对气相区域和颗粒运动区域进行网格划分，以将连续的计算域离散化为有限的网格单元。

9.一种负压气力输送系统，其特征在于，包括负压风机、真空输送机以及输送管道；所述输送管道包括第一管道和第二管道，所述负压风机通过所述第一管道与所述真空输送机连接，以为所述真空输送机内提供一负压环境；所述真空输送机通过所述第二管道与储存有待输送颗粒状物料的储料仓连接，所述真空输送机用于接收所述储料仓中的物料；所述输送管道的结构参数基于权利要求1至8任一项所述的负压气力输送管道结构优化方法确认。

10.根据权利要求9所述的负压气力输送系统，其特征在于，所述真空输送机内靠近与所述第一管道连接的一端还设置有过滤网，所述过滤网用于阻止所述物料进入所述第一管道。

技术总结
本发明公开一种负压气力输送管道结构优化方法及负压气力输送系统，该方法包括：基于当前设定的输送管道的结构参数，构建物理仿真几何模型，并提取出气相区域和颗粒运动区域；对气相区域进行稳态计算，获取气流入口的第一流速；将第一流速作为颗粒运动区域的边界条件，对颗粒运动区域进行稳态计算，并在计算结果中添加离散相颗粒，以构建颗粒运动轨迹；根据颗粒运动轨迹，计算获得参考指标的数值；根据参考指标调整结构参数，并重新获得参考指标；根据所获得的若干组参考指标，选出最优的结构参数。基于上述确认方法，使得负压气力输送管道的设计精度进而优化效率得到有效提高，而且能够有效降低管道的磨损，延长设备使用寿命，减少维护成本。

技术研发人员：吴广,黄裕敏,高小云,段臻
受保护的技术使用者：广东智子智能技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/4/14