李志华，赵宪冰，胡立皓，苏 昕

（青岛科技大学 机电工程学院，山东 青岛 266061）

气力输送具有输送距离长、输送量大、输送过程密封而无污染等优点[1-3]，被越来越多地应用在粉料输送工艺过程。

炭黑是橡胶行业应用最为普遍的原材料[4]。将气力输送应用在炭黑的输送过程中存在对输送管道，尤其是弯管内壁磨损严重以及能耗高等问题[5]。利用ANSYS Fluent软件对炭黑在不同弯径比δ（输送管道弯曲半径R与输送管道内径d之比）气力输送弯管内输送状况进行模拟分析，可以得到炭黑在不同δ输送弯管内运动状态和弯管内壁磨损情况。

1 模型建立和参数设定

1.1 固相颗粒运动方程

多相流的数值模型有两种，分别是欧拉多相流模型和拉格朗日离散相模型[6]。为了研究固相颗粒对输送管道内壁侵蚀情况需要考虑每个固相颗粒运动情况，本研究选择拉格朗日离散相模型[7]。

在拉格朗日离散相模型中，固相颗粒的运动遵循牛顿第二定律，在本研究的仿真工作中只考虑曳力的影响。

在拉格朗日坐标系下，力的平衡方程为：

式中：ms是固相颗粒质量，kg；us是固相颗粒速度，m·s-1；t是时间，s；FD是固相颗粒曳力，N；g是重力加速度，m·s-2；ρs是固相颗粒密度，kg·m-3；ρa是气相密度，kg·m-3；f是附加力，N；μ是气相分子粘度，mm2·s-1；是气相与固相颗粒相对速度，m·s-1；CD是曳力因数；Re是雷诺数；ds是固相颗粒直径，m。

1.2 气力输送物料参数及条件设定

在本研究的气力输送中固相为炭黑，其堆积密度为500 kg·m-3，炭黑呈固相颗粒状态，该固相颗粒可以看作均匀球形小粒，直径为2.5×10-3m，固相颗粒在d为0.1 m、材料为不锈钢的管道中输送，输送能力为2 000 kg·h-1；……