气流粉碎机学习.pptx

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1、1 1 1 1 气流粉碎机原理气流粉碎机原理气流粉碎机原理气流粉碎机原理利用高速气流（300500m/s）或过热蒸汽（300400）的能量使颗粒产生相互冲击、碰撞、摩擦剪切而实现超细粉碎，广泛应用于化工、非金属矿物的超细粉碎，是最常用的超细粉碎设备之一。第1页/共100页（1 1）气流粉碎机的工作原理）气流粉碎机的工作原理将压缩空气通过拉瓦尔喷管加速成亚音速或超音速气流，喷出的射流带动物料作高速运动，使物料碰撞、摩擦剪切而粉碎。被粉碎的物料随气流至分级区进行分级，达到粒度要求的物料由收集器收集下来，未达到粒度要求的物料再返回粉碎室继续粉碎，直至达到要求的粒度并被捕集。第2页/共100页压缩空气

2、或过热蒸汽通过喷嘴后，产生高速气流且在喷嘴附近形成很高的速度梯度，通过喷嘴产生的超音速高湍流作为颗粒载体。物料经负压的引射作用进入喷管，高压气流带着颗粒在粉碎室中作回转运动并形成强大旋转气流，物料颗粒之间不仅要发生撞击，而且气流对物料颗粒也要产生冲击剪切作用，同时物料还要与粉碎室发生冲击、摩擦、剪切作用。如果碰撞的能量超过颗粒内部需要的能量，颗粒就将被粉碎。粉碎合格的细小颗粒被气流推到旋风分离室中，较粗的颗粒则继续在粉碎室中进行粉碎，从而达到粉碎目的。（1）气流粉碎机的粉碎过程第3页/共100页l优点：1）80%以上的颗粒是依靠颗粒间的相互冲击碰撞被粉碎的，只有不到20%的颗粒是通过颗粒与粉碎

3、室内壁的碰撞和摩擦被粉碎。可可以以粉粉碎碎莫莫氏氏硬硬度度为为1 11010的的材材料料，经气流粉碎后的物料平均粒度细，最最细细可可以以达达到到0.20.2mm，一一般般为为0.5m0.5m20m20m；粒度分布较窄，可可以以满满足足窄窄粒粒度度分分布布产品粉的要求；产品粉的要求；l2）由于压缩空气在喷嘴处绝热膨胀会使系统温度降低，颗粒的粉碎是在低温瞬间完成的，从而避免了某些物质在粉碎过程中产生热量而破坏其化学成分的现象发生，尤其适用于热敏性物料的粉碎。加加工工温温度度低低（小小于于气气流流温温度度），材材料料破破碎碎时时的的应应变变率率高高，可可粉粉碎碎低低熔熔点点、热热敏敏性性和和生生物物

4、等等材材料料。可粉碎低熔点和热敏性材料及生物活性制品。（2）气流粉碎机的特点第4页/共100页3）气流粉碎纯粹是物理行为，既没有其它物质掺入其中，也没有高温下的化学反应，因而保持物料的原有天然性质。颗粒表面光滑，颗粒形状规整，纯度高，活性大，分散性好。4）因为气流粉碎技术是根据物料的自磨原理而实现对物料的粉碎，粉碎的动力是空气。粉碎腔体对产品污染极少，粉碎是在负压状态下进行的，颗粒在粉碎过程中不发生任何泄漏。只要空气经过净化，就不会造成新的污染源。l缺点：缺点：能耗较大能耗较大，生产成本较高。，生产成本较高。（2）气流粉碎机的特点第5页/共100页 第一类第一类是只对细度有要求的粉，越细越好越

5、细越好。如西药、中草药、保健品、农副产品、海产品、ACAC发泡剂、灭火粉、非金属矿粉、刚玉、金刚石、碳化硼、电气石、玻璃、荧光粉、树脂、石墨、稀土材料、助剂、颜料、化妆品等；第第二二类类是对粒度分布有较高的要求，要求粒粒度度分分布布窄窄。如磨磨料料、复复印印粉粉、激激光光打印粉、钴酸锂粉、猛酸锂粉等，气流粉碎机在这些行业中能发挥很好的作用，其优越性是其他粉碎设备所不能替代的；第三类第三类是钕铁硼磁粉、金属微粉和黑索今微粉等，这类微粉一般采用气流粉碎方法制备，其所用的气体都是惰性气体惰性气体，如氮气等，否则会有燃烧爆炸的危险。（3）气流粉碎机应用第6页/共100页l扁平式（也称圆盘式）扁平式（也

6、称圆盘式）l循环循环管式管式l单喷式（也称靶式）单喷式（也称靶式）l对喷式对喷式l惰性气体粉碎机惰性气体粉碎机气流粉碎机的种类:2气流磨分类第7页/共100页扁平式气流粉碎机扁平式气流粉碎机，也称圆盘式气流磨，是美国 Fluid Energy公司在1934年研制成功的。扁平式气流粉碎机是工业上应用最早和最广泛的气流粉碎机，国外商品名称Micronizer。第8页/共100页扁平式气流粉碎机(spiral jet pulverizer)工作原理：待粉碎物料由文丘里喷嘴加速至超音速导入粉碎室内。高压气流经入口进入气流分配室，分配室与粉碎室相通，气流在自身压力下通过喷嘴时产生超音速甚至每秒上千米的气

7、流速度。喷嘴与粉碎室成一锐角，故以喷射旋流粉碎室并带动物料作循环运动，颗粒与机体及颗粒之间产生相互冲击、碰撞、摩擦而粉碎。粗粉在离心力作用下被甩向粉碎室周壁作循环粉碎，微细颗粒在向心气流带动下被导入粉碎机中心出口管进入旋风分离器进行捕集。第9页/共100页10第10页/共100页 扁平式气流粉碎机工作原理图文丘里喷嘴喷嘴粉碎室内衬外壳第11页/共100页扁平式气流粉碎机粉碎过程：物料经加料口由喷射式加料器的喷嘴加速，导入粉碎室，在旋转气流带动下发生相互碰撞、摩擦、剪切而粉碎。细粉被气流推到粉碎室中心出口管，在旋风分离器中呈螺旋状运动缓降到贮斗中；废气由废气排出管排出；粗粒在离心作用下被甩到粉碎

8、室周壁作循环粉碎。第12页/共100页扁平式气流粉碎机外形图第13页/共100页扁平式气流粉碎机优点：结构简单，操作方便，拆卸、清理、维修容易，并能自动分级。缺点：当被粉碎的物料速度较高时，随气流高速运动与磨腔内壁会产生剧烈的冲击、摩擦、剪切作用，导致粉碎室壁的磨损，并造成粉体的污染，尤其是对于硬度很高的材料（如碳化硅，氧化硅），磨损更严重。第14页/共100页15扁平式气流粉碎机注意：粉碎室的内壁应选用超硬、高耐磨的材料制造。例如刚玉、氧化锆、超硬合金等。扁平式气流磨不适合于超硬、高纯材料的超细粉碎。第15页/共100页16循环管式气流磨循环管式气流磨，又称为立式环形喷射式气流磨，也具有内分

9、级作用。循环管式气流磨可分为等圆截面和变截面循环管式气流磨。其中用得最多的是JOM系列（也称O型）变截面循环管式气流磨。第16页/共100页循环管式气流粉碎机 原料由文丘里喷嘴加入粉碎区，气流经一组喷嘴喷入不等径变曲率的跑道形循环管式粉碎室，并加速颗粒使之相互冲击、碰撞摩擦而粉碎。旋流带动被粉碎颗粒沿上行管向上进入分级区，在分级区离心力场的作用下使密集的料流分流，细颗粒在内层经百叶窗式惯性分级器分级后排出即为产品，粗颗粒在外层沿下行管返回继续循环粉碎。循环管的特殊形状具有加速颗粒运动和加大离心力场的功能，以提高粉碎和分级的效果。广泛应用于填料、颜料、金属、化妆品、医药、食品、磨料以及具有热敏性

10、、爆炸性化学品等的超细粉碎。第17页/共100页循环气流粉碎机工作原理图文丘里NozzleClassifierFine PowderCoarse powderComminuting RoomCompressed Air第18页/共100页19循环管式气流磨物料颗粒高速进行粉碎区后，高压空气带动颗粒沿管道运动。由于管道呈O型，内外圈半径不同，内外层物料运动路径及速度都不同。各层物料颗粒之间产生相对运动，发生摩擦、剪切、碰撞粉碎作用。同时，由于离心力的作用，密集的颗粒流分层，粗粒处在外层，细粒在内层并向内聚集，最后由排料口排出，粗粒则继续粉碎。第19页/共100页 循环管式气流粉碎机外形循环管式气

11、流粉碎机外形图图第20页/共100页21循环管式气流磨特点：粉碎室内腔截面不是真正的圆截面，循环管各处截面也不等，而分级区和粉碎区的弧形部分也不是圆周的一部分，即曲率半径是变化的。颗粒在粉碎室内能加速运动，离开粉碎室后能减速上升，能加速颗粒在分级室内的运动，加大离心力场，提高粉碎和分级效果。第21页/共100页22循环管式气流磨优点：主机结构简单，操作方便；粉碎的同时具有自动分级功能；主机设备体积小，生产能力大；产品细度好，可至30.2m。缺点：气流与物料对管内壁的冲刷、磨损太严重，因此不适合硬度较高的材料的细化。粉碎效率是各类气流磨中最低的，能耗最大。第22页/共100页23扁平式和循环管式

12、气流磨有一共同点，即第一次撞击是物料在气流作用下，借助于管壁或板实现的，以后的撞击才可能是颗粒之间的撞击。对管壁的磨损和对产品的污染不可以加工较硬的物料第23页/共100页靶式气流粉碎机（Target Type Fluid Energy Mill）利用高速气流挟带物料冲击在各种形状的靶板上进行粉碎。除物料与靶板发生强烈冲击碰撞外，还发生物料与粉碎室壁多次的反弹粉碎，因此，粉碎力特别大，尤其适合于粉碎高分子聚合物、低熔点热敏性物料以及纤维状物料。根据原料性质和产品粒度要求选择不同靶板形状。靶板作为易损件，必须采用耐磨材料制作，如碳化物、刚玉等。第24页/共100页早期靶板式气流磨结构早期靶式气流

13、粉碎机：物料由加料管进入粉碎室，经喷嘴喷出的气流吸入并加速，再经混合管进一步均化和加速后，直接与冲击板（靶板）发生强烈碰撞。为了更好地均化和加速，混合管大多做成超音速缩扩型喷管状。粉碎后的细颗粒被气流带出粉碎区，进入位于冲击板上方的分级区进行分级，经分级的颗粒被气流带出机外捕集为成品，粗颗粒返回粉碎区再行粉碎。粉碎产品较粗，动力消耗也较大，因而应用受到限制。Jet NozzleMixing PipeFeedComminuting RoomImpacting Target第25页/共100页26靶式气流粉碎机工作原理：粉碎物料在混合管中与高压气流相混合并加速，高速冲击靶板而粉碎。细粉随气流从出口

14、排出，并进入分级器中分级；粗粉返回加料斗重新导入粉碎室继续粉碎。为了更好地混合和加速，混合器大多做成超音速喷管状。第26页/共100页 （a）物料经过喷嘴 （b）物料不经过喷嘴 单喷式气流粉碎机的二种粉碎方式示意图 第27页/共100页靶式气流粉碎机优点：简单、操作方便。粉碎力特别大，粉碎效率高，尤其运用于低熔点、热敏性物料以及高分子聚合物的粉碎。缺点：产品较粗，能耗大。高速运动的物料颗粒和气流对靶板有强烈的冲蚀作用，靶板磨损严重，会造成产品的污染。QBN450型靶式气流粉碎机 第28页/共100页29对喷式气流粉碎机对喷式气流粉碎机，又称逆向喷射磨，是一种物料在超音速气流中自身产生对撞而实现

15、超细粉碎的装置。特点：利用相对运动的气流，颗粒从第一次撞击开始就依靠相互之间的冲撞，减少了对管壁的磨损和对产品的污染，可以加工较硬的物料。第29页/共100页30对喷式气流粉碎机对喷式气流粉碎机最早出现于德国，我国从20世纪80年代初开始从国外引进该类粉碎机，并自主开发、生产。目前，国内用得较多的是特罗斯特型（Trost Jet Mill）、马亚克型（MJP）和QLM型等。第30页/共100页31对喷式气流粉碎机工作原理：物料由料斗进入，被加料喷嘴喷出的高速气流喷入粉碎室，同时粉碎喷嘴将分级室落下的粗粒喷入粉碎室，物料对撞并被粉碎后，随气流上升至分级室。在分级室，气流形成主旋流，使颗粒发生分级

16、。由于粗粉位于分级室外围，在气流带动下，退回粉碎室进一步粉碎，细粉经中间出口排到机外进行气固分离和产品回收。第31页/共100页nTrost Jet Mill的工作原理：第32页/共100页33流化床对撞式气流粉碎机流化床对撞式气流粉碎磨：将对喷原理与流化床中膨胀气体喷射流相结合。流化床式气流粉碎机是德国20世纪80年代的新产品，主要生产厂家是德国Alpine公司，美国、日本、中国也有公司生产。QLD流化床式气流粉碎机第33页/共100页34n工作原理：第34页/共100页35流化床对撞式气流粉碎机工件原理：物料通过阀门进入料仓，螺旋将物料送入研磨室；空气通过逆喷嘴喷入研磨室使物料呈流态化。被

17、加速的物料在各喷嘴交汇点汇合，在此，颗粒互相冲撞、摩擦、剪切而粉碎。粉碎的物料由上升气流输送至涡轮式超细分级器，细粉产品经出口排出，较粗的颗粒沿机壁返回磨矿室，尾气进入除尘器排出。第35页/共100页36流化床对撞式气流粉碎机粒子在高速喷射气流交点碰撞，该点位于流化床中心。靠气流对粒子的高速冲击及粒子间的相互碰撞而使粒子粉碎，与腔壁影响不大。磨损大大减弱。流化床内对撞气流流化床内对撞气流交汇点示意图交汇点示意图第36页/共100页（a）物料经过喷嘴 （b）物料不经过喷嘴 流化床对喷式气流粉碎机的两种形式结构示意图 第37页/共100页产品细度高（d50=310m），粒度分布窄且无过大颗粒；粉磨

18、效率高，能耗低，产量大，比其它类型的气流磨节能50%；采用刚玉、碳化硅或PU（环）等作易磨件因而磨耗低，产品受污染少，纯度高，可加工无铁质污染的粉体，也可粉碎硬度高的物料；结构紧凑，简单；噪音小；可实现操作自动化。但造价较高。第38页/共100页（a a）平面）平面汇聚汇聚式式 （b b）空间）空间汇聚汇聚式式 流化床对喷式气流粉碎机的二种粉碎室结构形式示意图流化床对喷式气流粉碎机的二种粉碎室结构形式示意图第39页/共100页40流化床对撞式气流粉碎机优点：粉碎效率高，能耗低：气流带颗粒呈多角度对撞，作用力大，粉粒的受力复杂，外加的能量被粉粒充分吸收，喷射功损耗少；把流化床原理与平卧式涡轮超细

19、分级器相结合，使细料及时排出，减少了因细粉过粉碎而损失的能量。与圆盘式气流磨相比，平均能耗减少3050%。第40页/共100页41流化床对撞式气流粉碎机磨损轻，污染少：从第一次撞击，粉粒主要是进行相互之间的冲撞，对室外壁冲撞少。设备体积小，占地面积少：在同等生产能力的前提下，流化床对撞式气流磨比圆盘式气流磨体积减少1015%，占地面积减少1530%。自动化程度高，噪声小，生产能力大，适合于大规模工业化生产。第41页/共100页42流化床对撞式气流粉碎机缺点：颗粒不断高速冲击分级叶片，在生产超硬粉粒时，分级叶片的磨损仍很严重。应用：高硬物料、高纯物料、难粉碎层状非金属矿、热敏性和密集气孔性物料等

20、。第42页/共100页流化床对撞式气流粉碎机与靶式气流磨的区别利用一对或若干对喷嘴相对喷射时产生的超音速气流使物料彼此从两个或多个方向相互冲击和碰撞而粉碎。由于物料高速直接对撞，冲击强度大，能量利用率高，可用于粉碎莫氏硬度10级以下的各种脆性和韧性物料，产品粒度可达亚微米级。还克服了靶式靶板和循环式磨体易损坏的缺点，减少了对产品的污染，延长了使用寿命。是一种较理想和先进的气流粉碎机。第43页/共100页气流粉碎机生产线的基本构成示意图气流粉碎机生产线的基本构成示意图 气流粉碎机生产线的基本构成气流粉碎机生产线的基本构成第44页/共100页带有多个单气流分级器的气流粉碎机生产线示意图带有多个单气

21、流分级器的气流粉碎机生产线示意图 第45页/共100页惰性气体气流粉碎机惰性气体气流粉碎机典型的氮气气流粉碎机生产线示意图 第46页/共100页47影响气流粉碎的因素粉料的物性硬度粘性进料粒度粉碎时的工艺参数气体压力及流量的大小加料速度3 3 气流气流粉碎工艺参数的粉碎工艺参数的研究研究第47页/共100页3 3 气流气流粉碎工艺参数的粉碎工艺参数的研究研究气流粉碎机的参数研究包括几何参数和工艺参数。几何参数包括喷嘴直径、喷嘴与喷嘴（或靶）间的轴向距离、粉碎室直径等。工艺参数主要包括：原料初始粒度、分级轮频率、工质压力（气流速度）、引射压力（进料速度）等。第48页/共100页气流速度气流速度即

22、为空压机所输送的气体通过喷嘴进入粉碎室时的速度。设在高速气流中运动的颗粒，其质量为m，高速气流赋予它的运动速度为w，则该颗粒所具有的动能为：E=0.5mw2。动能E只有一部分用于物料颗粒的粉碎上，这部分的动能记为E。当物料颗粒对着冲击板或对着正在运动的其它颗粒发生冲击碰撞时，这部分能量用下式表示：式中，wi发生冲击碰撞时颗粒所具有的速度；冲击碰撞后颗粒速度的恢复系数，1。第49页/共100页假设脆硬性的物料颗粒是绝对弹性体，则颗粒冲击破坏所需的功，可以表示为：式中，物料的强度极限；E 物料的弹性模量；物料的密度；m 颗粒的质量。显然，为了使物料颗粒发生粉碎，必要的条件是：便可以求出使颗粒发生粉

23、碎所必需的冲击速度wi：第50页/共100页进料速度（进料量）进料速度是影响粉碎效果的重要参数之一。进料速度主要由粉碎区的持料量决定。进料速度的大小决定粉碎室每个颗粒受到的能量的大小。当加料速度过小，粉碎室内颗粒数目不多时，颗粒碰撞机会下降，颗粒粒径变大；当进料速度过大时，粉碎室内的颗粒浓度增加，每个颗粒所获得的动能减少，导致由碰撞转变成颗粒粉碎的应变能变小，颗粒粒径增加，颗粒粒度分布大，因此寻找最佳进料速度是很重要的。第51页/共100页气流粉碎的持料量气流粉碎的持料量与粉碎区的颗粒体积浓度的关系为：MH=V(1-)s+G式中，MH气流粉碎机的持料量，kg；气流粉碎分级区中有效空间体积，m3

24、；（1-）气流粉碎分级区颗粒所占体积与气流所占体积的比值，即Vs/V；s固体颗粒的密度，kg/m3；流化床气流粉碎区底部填料量，与流化床底部结构有关，kg。通过实验发现流化床气流粉碎机磨腔中的持料量对粉碎效果和出料粒度的稳定性有重要影响，持料量的大小与气流粉碎机的结构大小、底部形状，粉碎物料的密度和流动参数相关。第52页/共100页分离距离两喷嘴末端的距离或喷嘴末端与靶的距离称为分离距离。对喷嘴-靶式粉碎机，随着分离距离的减小，粉碎速度增大，颗粒粒径减小；对喷嘴-喷嘴式粉碎机，颗粒尺寸随分离距离的增加略有减小。但是经喷嘴喷射出的流体速度的衰减很快，如果分离距离太大，粉碎室里颗粒所获得的动能将会

25、减少，所得的产品粒径就会增加，影响了粉碎效果。第53页/共100页 通常所说的音速指声波在空气中的传播速度通常所说的音速指声波在空气中的传播速度 音速不是固定的，与传播介质的音速不是固定的，与传播介质的物性物性、热力状态热力状态有关有关对理想气体，音速只与温度有关对理想气体，音速只与温度有关对实际气体音速对实际气体音速a a不仅与温度不仅与温度T T 有关，还与气体的压力有关，还与气体的压力P P或比体积或比体积v v有关有关 水蒸气水蒸气中的音速也借用上式计算，其中的中的音速也借用上式计算，其中的k k值按前述值按前述经验值经验值选取选取 流流道道中中气气体体热热力力学学状状态态不不断断变变

26、化化，沿沿程程不不同同截截面面上上音音速速各各不不相相同同，对对特特定定截截面面一一般般都都强调为强调为“当地音速当地音速”。4 超声速原理第54页/共100页注意：注意：1 1）声速是状态参数，因此称当地声速。声速是状态参数，因此称当地声速。如空气，如空气，2 2）马赫数马赫数(Mach number)（subsonic velocity）（supersonic velocity）（sonic velocity）亚声速亚声速声速声速超声速超声速0 =331.2m/s-20 =318.93m/s20 =343m/s第55页/共100页2023/3/2656 流速改变与压力变化的关系流速改变与压

27、力变化的关系 对于流体可逆流动，过程的技术功可表达为对于流体可逆流动，过程的技术功可表达为 工程上常有将气流加速或加压的要求。工程上常有将气流加速或加压的要求。气流的这种加速或扩压过程可以仅利用气流的热力学状态或运动状态变化来气流的这种加速或扩压过程可以仅利用气流的热力学状态或运动状态变化来实现，无需借助其它机械设备实现，无需借助其它机械设备 4 超声速原理第56页/共100页2023/3/2657 管道中流动气流不作轴功，忽略重力位能变化管道中流动气流不作轴功，忽略重力位能变化 讨论中的流体流速讨论中的流体流速c c一般应为正值，一般应为正值，k k、MM2 2 也是正值也是正值式中式中d

28、dc c与与d dP P反号反号气体的流速变化与其压力的变化方向相反气体的流速变化与其压力的变化方向相反气流加速气流加速c c0 00 0压力压力P P反之亦然反之亦然第57页/共100页2023/3/2658喷管喷管 喷管和扩压管喷管和扩压管气流通过后能令气流气流通过后能令气流P P，c c 的流道的流道扩压管扩压管气流通过后能令气流气流通过后能令气流P P ，c c 的流道的流道 流速改变与流道截面积变化的关系流速改变与流道截面积变化的关系 气流速度与压力的反方向变化需通过管道截面积有规律地变化来促成气流速度与压力的反方向变化需通过管道截面积有规律地变化来促成 。根据气体流动的连续性方程及

29、绝热过程方程根据气体流动的连续性方程及绝热过程方程 第58页/共100页2023/3/2659对于亚音速流（对于亚音速流（MM11）气体的流速将随流道截面积反向变化气体的流速将随流道截面积反向变化 喷管喷管渐缩状渐缩状扩压管扩压管渐扩状渐扩状 00喷管喷管(A A,c c)亚音速流亚音速流（MM11）扩压管扩压管(A A,c c)亚音速流亚音速流（MM111）00气体的流速将随流道截面积同向变化气体的流速将随流道截面积同向变化 喷管喷管渐扩状渐扩状扩压管扩压管渐缩状渐缩状 根据以上讨论，显然渐缩喷管只能将气流加速至音速。根据以上讨论，显然渐缩喷管只能将气流加速至音速。喷管喷管(P P,c c)

30、超音速流超音速流（MM1 1）扩压管扩压管(P P,c c)超音速流超音速流（MM11）气流在渐缩喷管出口截面上达到当地音速时，对应有一极限出口压力气流在渐缩喷管出口截面上达到当地音速时，对应有一极限出口压力P P2 2，此后，任由，此后，任由喷管出口外的介质压力喷管出口外的介质压力P Pb b下降，喷管出口截面上的气流压力仍维持为下降，喷管出口截面上的气流压力仍维持为P P2 2。第60页/共100页2023/3/2661 气流在缩放喷管的喉部处达到当地音速气流在缩放喷管的喉部处达到当地音速 拉伐尔喷管拉伐尔喷管c c=a a 若想令气流从亚音速加速至超音速若想令气流从亚音速加速至超音速喷管

31、截面积应喷管截面积应先收缩，后扩大先收缩，后扩大缩放喷管，亦称拉伐尔喷管缩放喷管，亦称拉伐尔喷管第61页/共100页 对可压流动来说，如想让气流沿管道轴线连续的从亚声速加速到超音速，即始终保持速度总是增加的，则管道应该先收缩后扩张，中间为最小截面，即喉道。这种形状的管道称为拉瓦尔喷管。（2 2）超音速喷嘴的设计）超音速喷嘴的设计 第62页/共100页（a）亚音速射流喷嘴 （b）音速射流喷嘴 （c）超音速射流喷嘴 常用射流的喷嘴形式（2 2）超音速喷嘴的设计）超音速喷嘴的设计 第63页/共100页（2 2）超音速喷嘴的设计）超音速喷嘴的设计 超音速喷嘴一般有四部分构成：稳定段、亚音速渐缩段、喉部

32、临界截面和超音速扩散段，如图所示。这四部分应当用光滑圆弧相连接，构成一个光滑的内腔型面。超音速喷嘴结构示意图 第64页/共100页气流的三种参考状态气流的三种参考状态声速计算公式a=当中，对于定熵过程的流体，流体的温度 T与流体速度V是相关的，即T是V的函数，亦即声速a也是V的函数 a=f（v）。因此可以把a和v放在一个坐标系上表示：已知任意状态计算滞止状态的参数：第65页/共100页喷嘴的基本类型（喷嘴的基本类型（1 1）气流速度与通道截面的关系M1时，dA/A与dV/V异号，流速与截面积变化反向，截面积变小，速度变大；M1时，dA/A与dV/V同号，流速与截面积变化同向，截面积变大，速度变

33、大；M=1时，dA/A=0，临界状态发生在通道截面无变化的地方。第66页/共100页喷嘴的基本类型（喷嘴的基本类型（2 2）1、渐缩喷嘴2、出口为临界参数的渐缩喷嘴3、缩放喷嘴（拉瓦尔喷嘴）第67页/共100页喷嘴的选择喷嘴的选择1、已知滞止参数和出口速度或马赫数 a：M1选择渐缩型喷嘴 b：M1选择缩放型喷嘴2、已知滞止参数和出口压力Pe 临界压力与滞止压力的关系：a：选择渐缩型喷嘴；b：选择缩放型喷嘴。第68页/共100页喷嘴各截面参数的计算（喷嘴各截面参数的计算（1 1）1、任意截面状态与滞止状态的关系2、临界状态与滞止状态的关系 3、任意截面与临界状态的关系第69页/共100页参数计算

34、（参数计算（2 2）1、已知滞止参数及出口速度通过V/V*的关系求M，进而计算所有参数2、已知滞止参数及出口马赫数根据马赫数可求出所有截面的参数3、已知滞止参数及出口压力通过出口压力与滞止压力的关系求出出口截面马赫数，进而计算出口截面参数第70页/共100页例子：一台蒸汽喷射器的喷嘴，使用的蒸汽压力P0=1.0MPa，T0=200，流量Q=2kg/s，要求出口压力50000Pa。求喷嘴主要参数。过热蒸汽绝热指数1.30，气体常数0.4615 ，蒸汽密度4.6083 。第一步：选择喷嘴类型1、计算临界压力比2、计算出口压力比 需采用拉瓦尔喷嘴第二步：计算出口马赫数第三步：计算出口截面参数第四步：

35、计算临界截面参数第五步：计算几何尺寸第71页/共100页简图第72页/共100页4.颗粒在射流中的特性颗粒在射流中的特性分析分析 射流压力射流压力 已知喷嘴内部任意截面处的压强P1可以表达为 其中，P0是总压（滞止压强），M1是喷嘴内部任意截面处的马赫数，k是工质的绝热指数，对于空气而言，k=1.4。第73页/共100页 对射流由喷嘴喷出后的情况进行分析。Pe是周围流体的压强P2是截面的压强。很明显，P2Pe，而且速度u2越大，压强P2越小。第74页/共100页 射流温度射流温度射流温度射流温度 已知喷嘴内部任意截面处的温度T1可以用下式来表示公式说明射流在经喷嘴加速的过程中温度会降低，这种现

36、象被称为焦耳汤姆逊效应，或节流效应。这是气流粉碎的一大特点，它对于粉碎低熔点（或低软化点）和热敏性物料是非常有益的。第75页/共100页2023/3/2676喷管喷管(nozzle)(nozzle)计算计算 通通常常依依据据喷喷管管进进口口处处的的工工质质参参数数(P P1 1、t t1 1)和和背背压压(P Pb b),),并并在在给给定定流流率率的的条条件件下下进进行行喷喷管管的的设计计算设计计算 设计计算设计计算的目的在于确定喷管的形状和尺寸的目的在于确定喷管的形状和尺寸 校校核核计计算算的的目目的的则则在在于于预预测测各各种种条条件件下下的的喷喷管管工工作作情情况况，即即确确定定不不同

37、同情情况况下下喷喷管管的的流流量和出口流速量和出口流速 1)1)流速计算流速计算 2)2)流量计算流量计算 第76页/共100页i i喷管出口速度喷管出口速度 对喷管，由能量方程对喷管，由能量方程一般喷管进口处的气流速度远小于出口速度一般喷管进口处的气流速度远小于出口速度(c c1 1 c c2 2)（任何工质，不论可逆与否）（任何工质，不论可逆与否）对于定比热容理想气体对于定比热容理想气体 h h0 0、h h1 1、h h2 2分别取决于喷管进、出口处气流的热力状态分别取决于喷管进、出口处气流的热力状态第77页/共100页iiii初、终状态与流速的关系初、终状态与流速的关系 对于对于定比热

38、容理想气体、定比热容理想气体、可逆绝热可逆绝热流动过程流动过程 或或喷管出口流速喷管出口流速c c2 2取决于气流的初态及气流在出口截面上的压力取决于气流的初态及气流在出口截面上的压力P P2 2对滞对滞止压力止压力P P0 0之比之比当初态一定时，当初态一定时，c c2 2则仅取决于则仅取决于(P P2 2/P P0 0)式中式中T T0 0、P P0 0、v v0 0为滞止参数，取决于气流的初态为滞止参数，取决于气流的初态c c1 1较小时，可用喷管进口压力较小时，可用喷管进口压力P P1 1代替代替P P0 0第78页/共100页 c c2 2随随(P P2 2/P P0 0)的变化关系

39、如图示的变化关系如图示 (P P2 2/P P0 0)=1)=1时，时，c c2 2=0=0(P P2 2/P P0 0)从从1 1逐渐减小时，逐渐减小时，c c2 2增大增大气体不会流动气体不会流动初期增加较快，以后则逐渐减缓初期增加较快，以后则逐渐减缓 理论上当理论上当 P P2 2=0=0时，时，c c2 2将达到将达到 c c2,max2,max 实际上，实际上，P P2 200时，比体积时，比体积v v2 2要求喷管出口截面无穷大要求喷管出口截面无穷大c c2 2随随(P P2 2/P P0 0)的变化关系的变化关系此流速此流速不可能达到不可能达到 第79页/共100页iiiiii临

40、界流速和临界压力比临界流速和临界压力比 气流在喉部截面处达到当地音速气流在喉部截面处达到当地音速该截面称为临界截面，截面上的气流参数相应称为：临界压力该截面称为临界截面，截面上的气流参数相应称为：临界压力P Pcr cr、临界比体积、临界比体积v vcr cr 临界流速临界流速(c ccr cr)c ccr cr=a a 临界流速临界流速c ccr cr与临界压力与临界压力P Pcr cr应有以下关系：应有以下关系：C Ccr cr等于当地音速等于当地音速a a 缩放喷管的最小截面处称为喷管的喉部缩放喷管的最小截面处称为喷管的喉部缩放喷管缩放喷管两式合并两式合并第80页/共100页由过程方程由

41、过程方程 定义定义 临界压力比临界压力比气流速度达到当地音速时的压力与滞止压力之比气流速度达到当地音速时的压力与滞止压力之比 以上为以上为定比热容定比热容理想气体理想气体可逆绝热流动可逆绝热流动过程的分析结论过程的分析结论 上式整理，得上式整理，得第81页/共100页临界压力比临界压力比 cr cr仅与气体的热容比仅与气体的热容比k k有关有关 仅取决于气体的性质；仅取决于气体的性质；对变比热容理想气体对变比热容理想气体k k值应按平均比热容确定；值应按平均比热容确定；对水蒸气对水蒸气k k为经验数值而非热容比为经验数值而非热容比 对双原子气体对双原子气体k k=1.4=1.4，临界压力比，临

42、界压力比 cr cr=0.528=0.528 如取如取:过热汽的过热汽的k k=1.3=1.3，则，则 cr cr=0.546=0.546干饱和汽干饱和汽k k=1.135=1.135，则，则 cr cr=0.577=0.577概括起来，气体的临界压力比概括起来，气体的临界压力比 cr cr接近等于接近等于0.50.5 临界压力比临界压力比 cr cr是喷管中流体流动从亚音速过渡到超音速的转折点。是喷管中流体流动从亚音速过渡到超音速的转折点。第82页/共100页 对对给给定定的的定定比比热热容容理理想想气气体体（k k值值一一定定），临临界界流流速速c ccr cr仅仅取取决决于于滞滞止止参参

43、数数P P0 0、v v0 0，或或滞滞止温度止温度T T0 0 由于滞止参数可由初参数确定由于滞止参数可由初参数确定 临界流速仅取决于进口截面上的气流初参数临界流速仅取决于进口截面上的气流初参数 临界压力比下气流达到当地音速临界压力比下气流达到当地音速临界流速临界流速第83页/共100页2)2)流量计算流量计算 由由连连续续性性方方程程知知，对对流流道道任任一一截截面面质质量量流流率率相同相同经整理可得经整理可得 在喷管出口截面处在喷管出口截面处 第84页/共100页它们的依变关系如图所示它们的依变关系如图所示 流量随流量随(P P2 2/P P0 0)的变化关系的变化关系 对于一定的喷管，

44、当进口气流状态一定时对于一定的喷管，当进口气流状态一定时流量仅取决于流量仅取决于(P P2 2/P P0 0)i i渐缩喷管工作情况渐缩喷管工作情况 背压背压喷管出口外的介质压力喷管出口外的介质压力P Pb bP Pb b到达临界压力比到达临界压力比 cr cr时时P P2 2，出口达到临界流速出口达到临界流速c ccr cr，即当地音速，即当地音速P Pb b=P P2 2=P Pcr cr=cr cr P P0 0 当背压当背压P Pb b高于临界压力高于临界压力P Pcr cr时时且有且有P Pb b=P P2 2P Pb bP P2 2第85页/共100页流量随流量随(P P2 2/P

45、 P0 0)的变化关系的变化关系 此此后后，背背压压P Pb b如如再再降降低低，由由于于渐渐缩缩喷喷管管中中流流道道截截面面积积始始终终是是收收缩缩的的，气气流流截截面面不不可可能能得得到到扩扩展展，任任由由背背压压下下降降，喷喷管管的的出出口口压压力力将将仍仍然然保保持持为为P P2 2=P Pcr cr，气气流流的的膨膨胀胀、加加速速也也就就到到此此为为止止，即即渐渐缩缩喷喷管管的的最最大大出出口口速速度度就就是是当当地音速地音速P Pb b 随出口流速随出口流速c c2 2 c ccr crP P2 2第86页/共100页 在在P Pb b P Pcr cr的的情情况况下下，为为了了使

46、使气气流流能能够够充充分分膨膨胀胀实实现现从从亚亚音音速速到超音速的过渡，此时应采用到超音速的过渡，此时应采用缩放喷管缩放喷管喷管喉部处的压力为临界压力喷管喉部处的压力为临界压力P Pcr cr，流速为当地音速，流速为当地音速a a 从喷管的收缩段看来，喉部截面上的流量为前述按喉部截面积从喷管的收缩段看来，喉部截面上的流量为前述按喉部截面积A Aminmin所确定的最大流量所确定的最大流量 按连续性方程，按连续性方程，缩放喷管缩放喷管所有截面上的流量应该都等于其喉部截面上的流量所有截面上的流量应该都等于其喉部截面上的流量对于缩放喷管，尽管当背压对于缩放喷管，尽管当背压P Pb b继续降低时其出

47、口截面上的继续降低时其出口截面上的气流速度会增大，但流量却不会增加，将始终等于上述最气流速度会增大，但流量却不会增加，将始终等于上述最大流量值大流量值 iiii缩放喷管工作情况缩放喷管工作情况P Pb bP P2 2P Pcr cr第87页/共100页5 5 气流粉碎机中的分级器气流粉碎机中的分级器离心叶轮分级器的常用结构形式(a)直叶片 (b)斜叶片 (c)弧形或折叶片(d)柱形叶轮分级器外形 (e)锥形叶轮分级器外形第88页/共100页896 6 气流粉碎系统气流粉碎系统在气流粉碎工艺系统中，包括气流磨、气流产生设备、气流净化和处理设备、加料装置、成品收集设备、废气流夹带物料的捕集回收设备

48、等辅助设备。常温空气气流粉碎系统过热蒸汽气流粉碎系统流化床对喷超细粉碎工艺系统易燃易爆物料的气流超细粉碎系统超声速靶式气流粉碎工艺系统第89页/共100页常温空气气流粉碎系统空气压缩机送出一定温度的压缩空气，经冷却器冷却后，压入贮气罐，再在干燥器中除油、除水，成为纯净的常温压缩空气。然后分为两路，一路进入喷射式加料器，使粉粒加速，另一路进入气流磨。被粉碎后的细粉落入成品输送器输出。废气带走的物料颗粒经旋风分离器预捕集和布袋捕集器捕集后，其中成品也落入成品输送器中，废气则由通风机排空。第90页/共100页常常温温空空气气气气流流粉粉碎碎系系统统第91页/共100页7 气流粉碎机的评价与选择气流粉

49、碎机是国内研究生产最多的超细粉碎设备，机型也是所有超细设备中最为齐全的。优点：气流磨为干法生产，省去了烘干工艺，工艺流程相对较简单。具有生产能力大、连续、自动化程度高，产品性能稳定。适用范围广：既可用于莫氏硬度不大于9的高硬度物料的超细粉碎，又可用于热敏、低熔点及生物活性制品的粉碎。第92页/共100页7 气流粉碎机的评价与选择优点：产品粒度分布范围窄。扁平式、对撞式、循环式气流磨，在粉碎过程中由于气流旋转离心力的作用，能使粗、细颗粒自动分级；其它类型的气流磨也可与分级机配合使用，能获得粒度均匀的产品。系统温度低，气流磨通过压缩空气形成高速气流，压缩气体在喷嘴处绝热膨胀会使粉碎机温度下降，所以

50、粉碎过程温度不会太高。可在粉碎的同时，实现物料干燥、表面包覆与改性。第93页/共100页7 气流粉碎机的评价与选择缺点：制造成本高，一次性投资大，能耗高，粉体加工成本大。Alpine公司的流化床气流磨AFG，以压缩空气为介质时，生产锆英矿d975m，能耗为4500kW/t；d9710m，能耗为1400kW/t。难以实现亚微米级粉碎：产品粒度小于10m时，成本大幅度上升，产量急剧下降，在非金属矿粉碎上的应用受到了限制。第94页/共100页7 气流粉碎机的评价与选择相比较而言，流化床对撞式气流粉碎机比其它几种气流磨具有明显的优势，主要体现在节约能量、加工能力强、磨损小、结构紧凑、体积小、温升少等方