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球形弯头也称转向球,在水泥及生料的气力输送系统中,作为管道弯头的代用件,以其制作简单,安装方便,耐用性能好等优点,在大中型水泥厂的气力输送中应用日益广泛。
然而,对球形弯头内的流动分布、磨损原理、阻力大小、合理球径、制作安装等一系列问题并无统一规范和理性认识。为此,作以下探讨,希望促进转向球的应用及推广。
球形弯头内的流动分析
在二维空间内,以90°球形弯头为例,当流态化的料气混合物以速度v1从A管流入球内时,如图1所示,因入口截面积突然扩大,使流动的连续性被破坏。在原有流场扩大的同时,两侧死角处激起涡旋。其流线分布由对称状态①较终转为非对称状态③。
随流动过程的继续,球内流动由①过渡为状态②。这时,根据流体力学连续性原理,流速与截面积之间有以下关系式:
v1s1=v2s2 (1)
式中: v1——流体在A管中的流速,m/s; s1——A管的横截面积,m2; v2——流体流过球心截面处的速度,m/s; s2——球心截面积,m2。
上式表明,在同一管路系统中,流速与流过的截面积大小成反比。由于球的截面积一般比管道截面积大几倍,即有s2>s1,故有v1>v2。
气流在球内速度迅速降低的同时,压力升高,即流体的动能转变为压力能。球内不断升高的压力迫使流体从B管流出,流动达到相对稳定状态,如图1③所示。从①到③的这一转变及流动的重新分布是在一个较短暂的时间内完成的速度、压力和能量转换过程。
由于球内气流涡旋及摩擦的存在,使球形弯头内的这一转变过程产生了能耗。因而出现了物料传输中的弯头压力损失。