當(dāng)流體速度超過帶出速度后，物料在空氣動(dòng)力作用下被懸浮而后被輸送，因此物料在氣流中的懸浮是研究氣力輸送問題的出發(fā)點(diǎn)。
(一)顆粒在垂直管中和水平管中的懸浮
顆粒在垂直管中和水平管中的懸浮機(jī)理及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不相同的。在垂直管內(nèi)，顆粒的受力情況完全與沉降中一樣。顆粒本身所受的重力、氣體浮力與氣體對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)的阻力成平衡時(shí)，顆粒就懸浮在某一高度，并與管壁相脫離。在水平管內(nèi)，由于氣流運(yùn)動(dòng)方向與顆粒的重力方向相垂直，顆粒的懸浮運(yùn)動(dòng)就很復(fù)雜。顆粒之所以能克服重力而懸浮于流體中，主要是如下幾種力作用的結(jié)果。
圖3-26(1)湍流時(shí)氣體質(zhì)點(diǎn)在垂直方向的分速度產(chǎn)生垂直向上的力; 圖3-26(2)氣流沿管截面存在速度分布，管中心處速度最大，愈靠近管壁，速度愈低。由于氣流的速度梯度，顆粒存在著旋轉(zhuǎn)。根據(jù)瑪格紐斯效應(yīng)，逆氣流方向的一側(cè)所受的壓強(qiáng)高于順氣流一側(cè)的壓強(qiáng)，因而管中下部的顆粒在此壓強(qiáng)下被懸浮; 圖3-26(3)由于顆粒形狀的不規(guī)則，氣流推力在垂直方向上產(chǎn)生分力; 圖3-26(4)顆粒間的相互碰撞或顆粒與管壁間的碰撞，使顆粒跳躍，或受到反作用力在垂直方向上的分力的作用。 上述分析僅表示水平管內(nèi)顆粒懸浮受力的可能性，并不表示各力同時(shí)都起作用。
(二)顆粒在管中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
氣力輸送中，顆粒在管道中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與氣流速度有直接關(guān)系。在垂直管內(nèi)，當(dāng)氣流速度為顆粒懸浮速度時(shí)，顆粒呈流態(tài)化狀態(tài)而自由懸浮在氣流中;氣流速度超過懸浮速度時(shí)，顆?；旧暇鶆蛏⒉荚跉饬髦斜粴饬魉斔?。在水平管道中，將氣流速度與顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系進(jìn)行分析，可得到圖3-27所示的各種狀態(tài)。
圖中圖3-27(1)為懸浮流，即輸送氣流速度大時(shí)，顆粒基本上接近均勻分布，在氣流中呈懸浮狀態(tài)被輸送;圖3-27(2)為底密流，即顆粒愈接近管底分布愈密，一面作不規(guī)則的旋轉(zhuǎn)、碰撞，一面被輸送;圖3-27(3)為疏密流，即顆粒懸浮輸送的極限狀態(tài)，為疏密不均的流動(dòng)，有部分顆粒在管底滑動(dòng)，但尚無(wú)停滯現(xiàn)象;圖3-27(4)為停滯流，即大部分顆粒失去懸浮能力，在管底局部聚集，使管子流動(dòng)截面變窄，從而使氣速增大，又把停滯的顆粒群吹走。顆粒就這樣處于停滯、集積、吹走反復(fù)交替的不穩(wěn)定的輸送狀態(tài);圖3-27(5)為部分流，即輸送氣流速度過小，顆粒堆積在管底，氣流在上部流動(dòng)，只有部分顆粒在氣流作用下作不規(guī)則移動(dòng)，類似于沙丘的流動(dòng);圖3-27(6)為柱塞流，即堆積料層充滿整個(gè)輸送管截面上，靠空氣的壓強(qiáng)推動(dòng)輸送。 上述不同的流動(dòng)狀態(tài)與顆粒的物理性質(zhì)有關(guān)。但對(duì)同一物料，主要受氣流速度的支配。要得到完全的懸浮的氣力輸送，必須要有足夠的氣流速度。但是過大的氣流也不必要，因?yàn)檫@將造成很大的輸送阻力和較大的磨損。
(三)氣力輸送的形式
氣力輸送的形式，按照物料和氣流在管道中兩相流動(dòng)的特征來分類，可分為稀相流輸送(即普通氣力輸送)、密集流輸送和間斷流輸送三種，其中稀相流氣力輸送又可分為如下三類。
1.吸引式(或稱真空式)氣力輸送
吸引式是將物料和大氣混合一起吸入系統(tǒng)進(jìn)行輸送，系統(tǒng)內(nèi)保持一定的真空，物料隨氣流送到指定地點(diǎn)后經(jīng)分離器(卸料器)將物料分出，分出的含塵氣體經(jīng)除塵器凈化后，由風(fēng)機(jī)排出。吸引式輸送分低真空和高真空兩種。低真空輸送工作負(fù)壓約在10kPa以下，高真空輸送工作負(fù)壓約在10～50kPa。 吸引式氣力輸送的供料設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于系統(tǒng)在負(fù)壓下工作，灰塵不致外揚(yáng)，易保持車間衛(wèi)生條件，特別適用于多點(diǎn)吸料向一處集中的輸送場(chǎng)合。但動(dòng)力消耗大，對(duì)管道、設(shè)備要求嚴(yán)格密封，避免漏氣，不宜于大容量長(zhǎng)距離輸送。
2.壓送式(或稱壓力式)氣力輸送
壓送式是依靠壓氣機(jī)械排出的高于大氣壓的氣流，將物料與氣流混合一起而進(jìn)行輸送，系統(tǒng)內(nèi)保持正壓，物料送到指定地點(diǎn)后，經(jīng)分離器將物料分出并可自動(dòng)排出，分離出來的空氣經(jīng)凈化后被排出。壓送式輸送可分低壓壓送式和高壓壓送式。低壓壓送式通常的排氣壓強(qiáng)在50kPa以下，高壓壓送式的壓強(qiáng)為100～700kPa。 壓送式氣力輸送時(shí)，通過鼓風(fēng)機(jī)的是潔凈空氣，故鼓風(fēng)機(jī)的工作條件較好。這種輸送形式適用于大容量長(zhǎng)距離的輸送，特別適用于從一個(gè)供料點(diǎn)到多個(gè)卸料點(diǎn)的分散輸送。其缺點(diǎn)是由于系統(tǒng)內(nèi)處于正壓，故供料設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求高。
3.吸引壓送混合式氣力輸送
混合式為吸引式和壓送式氣力輸送裝置的組合。風(fēng)機(jī)前屬真空系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)后屬正壓系統(tǒng)。真空部分可從幾點(diǎn)吸料集中送到一個(gè)分離器內(nèi)，分離出來的物料經(jīng)加料器送入壓力系統(tǒng)，及至送到指定位置之后，經(jīng)第二個(gè)分離器分出物料并排出，分離出來的空氣經(jīng)凈化后排出。這種輸送方式特別適用于從幾點(diǎn)吸料而同時(shí)又分散輸送到不同地點(diǎn)的輸送場(chǎng)合，但氣體輸送機(jī)械易磨損。由于系統(tǒng)比較復(fù)雜，除非在特殊情況下須綜合考慮吸引式和壓送式兩者的優(yōu)點(diǎn)時(shí)才采用。
(四)氣力輸送系統(tǒng)的組成
氣力輸送系統(tǒng)由供料裝置、輸料管路、卸料裝置、閉風(fēng)器、除塵裝置、氣力輸送機(jī)械等組成。 用于食品氣力輸送的氣體輸送機(jī)械必須保證空氣流潔凈無(wú)毒，不含機(jī)油，含塵少。較多的是離心通風(fēng)機(jī)、離心鼓風(fēng)機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)、往復(fù)式真空泵、水環(huán)式真空泵等。
氣力輸送常用的除塵器有旋風(fēng)分離器、袋濾器、濕法除塵器等。對(duì)于氣力輸送的輸料管路，為保證空氣沿整個(gè)管道截面均勻分布，并減小輸送中的阻力，一般多為內(nèi)徑50～300mm的圓形截面管。在吸嘴或物料管的可動(dòng)部分與固定部分的連接處，可采用撓性管。 彎頭是氣力輸送中最容易產(chǎn)生壓強(qiáng)損失和物料破損的部位，并且黏附性的細(xì)粉也容易在彎頭處附著。彎頭的壓強(qiáng)損失隨曲率半徑而變，曲率半徑越大，則壓強(qiáng)損失越小，通常采用曲率半徑為內(nèi)徑的5～15倍。 供料裝置是用來將需要輸送的物料送入輸送管道的一種設(shè)備。目前用得最多的有如下幾種：
(1)吸嘴
吸嘴是吸引式氣力輸送的供料裝置。根據(jù)使用條件和輸送物料的性質(zhì)的不同，吸嘴有許多不同的形式。
(2)旋轉(zhuǎn)式加料器
旋轉(zhuǎn)式加料器適用于壓送式的氣力輸送，但也可以用作吸引式輸送中的卸料器。旋轉(zhuǎn)式加料器的器殼內(nèi)裝有轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上有6～8個(gè)葉片。物料由上部料斗落下，進(jìn)入轉(zhuǎn)子的葉片之間，隨同轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)至下部，由排出口排出，進(jìn)行供料。旋轉(zhuǎn)式加料器是一種容積式加料器，其加料量直接與葉輪轉(zhuǎn)速相關(guān)。一般在工作時(shí)，葉片格室內(nèi)并不全部為物料充滿。格室內(nèi)物料的體積與格室的幾何體積之比，稱為容積效率ηV，一般取0.75～0.85。
(3)螺旋式加料器
螺旋式加料器是把粉狀物料送入高混合比的輸料管時(shí)廣泛應(yīng)用的一種加料裝置。物料借轉(zhuǎn)動(dòng)的加料螺旋被送至混合室后，又被裝在混合室下部的噴嘴所噴出的壓縮空氣帶出到輸料管中。這種加料器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，適用于高溫、高混合比物料的輸送，但其動(dòng)力消耗比其他型式的大。
(4)噴射式加料器
噴射式加料器實(shí)際上就是文丘里管，粉粒物料入口位于喉部。壓縮空氣從噴嘴高速噴出，依靠噴射作用對(duì)粉粒物料進(jìn)行吸引，物料隨噴出的空氣一起被輸送。這種供料器沒有運(yùn)動(dòng)部件，受料口為負(fù)壓，無(wú)空氣上吹現(xiàn)象;擴(kuò)壓后為正壓，所以分離器的結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化，可向正壓處供料。缺點(diǎn)是高壓空氣耗量大，效率較低，并且在輸送硬顆粒時(shí)，喉部磨損嚴(yán)重。
(5)空氣槽
當(dāng)空氣通過粉粒料層使之流化時(shí)，由于物料休止角減小而流動(dòng)性增加，呈現(xiàn)出類似液體的性質(zhì)。空氣槽就是利用此一性質(zhì)使顆粒在傾斜度為4°～10°的槽中靠重力作用而產(chǎn)生流動(dòng)的供料裝置?？諝獠蹧]有運(yùn)動(dòng)部件，操作管理方便，功率消耗很少，設(shè)備簡(jiǎn)單、輸送量大，不會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象，特別適用于面粉等容易流化的粉料，但對(duì)粒度大、水分多、不易流化的物料則不能使用，對(duì)在空氣中易潮解的物料也不適用。
卸料器又稱物料分離器，是將隨氣流一起輸送的物料分離下來的設(shè)備。從廣義上說，卸料器也屬于除塵器。但氣力輸送的卸料器內(nèi)物料的混合比為3～6，特別是高壓壓氣式，混合比高達(dá)幾十，而一般除塵器內(nèi)每立方米空氣中灰塵含量只有十幾克。因此，對(duì)卸料器還要考慮磨損問題。常用的卸料器有離心式和沉降式兩種。
閉風(fēng)器又稱鎖風(fēng)器。壓送式輸送中卸料器內(nèi)是正壓，其中物料可借重力及內(nèi)外壓差來排除。但是，對(duì)吸引式輸送，卸料器內(nèi)是負(fù)壓。如果不采取相應(yīng)的措施，當(dāng)卸料器排料閥開啟后，將發(fā)生物料的反吹現(xiàn)象，致使物料不能排出。類似這種反吹現(xiàn)象也同樣發(fā)生在壓送式輸送中的加料口處。所以要裝設(shè)相應(yīng)的裝置，保證吸引式輸送中卸料器內(nèi)的負(fù)壓而又能使物料順利排出。前述的旋轉(zhuǎn)加料器、螺旋加料器，就是閉風(fēng)器的兩種較好類型。
(五)輸送氣流速度和混合比
輸送氣流速度和混合比是氣力輸送計(jì)算中的關(guān)鍵參數(shù)。 在氣力輸送中，由于顆粒之間和顆粒與管壁之間的相互摩擦、碰撞或黏附作用以及輸送管中氣流速度分布不均勻，輸送顆粒物料所需氣流速度要大于其懸浮速度的幾倍，輸送粉狀物料則要大幾十倍。速度過小則可能產(chǎn)生堵塞，如果速度過大，不但所需的功率增加，而且輸料管、彎頭的磨損也加劇，分離器和除塵器的尺寸也要增大，所以應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臍饬魉俣?。均勻地輸送物料所需的最小氣流速度隨物料性質(zhì)、混合比、加料器的類型及構(gòu)造、輸送管內(nèi)徑和長(zhǎng)度以及配管方式而變化。
