一、气力输送基本原理

在输送管道内，物料和空气混合在一起流动，它们的混合状态可以分为两大类。一类是均匀的悬浮状态，即物料与空气均匀地混合在一起，但只有轻、微粉末状的物料才可能是这样状态；另一类是非均匀的悬浮状态，即物料与空气混合是不均匀的，而且在输送过程中会发生沉降现象。棉丛、纤维束的气力输送基本上属于第二类。

在输送管道内，物料的悬浮情况取决于管道内空气流速的大小。空气流速大则有利于物料悬浮，但需用较大容量的风机，能量消耗大。所以，需了解为实现各有关物料输送的最低空气速度。气力输送管道系统通常由垂直管道和水平管道组成，为了使物料悬浮，两者所需的最低气流速度各不相同。

（一） 垂直管道中气力输送原理

物料密度ρm大于空气密度ρ，故物料相对空气向下运动，如图7-3 所示，作用在物料上的下沉力为：

图7-3　垂直管道气力输送

式中：W 为物料重量（kg）；V 为物料体积（m3）。

如果空气以速度v 在管道内自下而上流动，而物料以速度vm下沉（vm＜0）或上升（但0 ＜vm＜v），那么物料受到空气阻力（或推力）为：

式中：C 为空气阻力系数；A 为物料在垂直于气流运动方向上的投影面积（m2）；vm为物料运动速度（m／s）。

当F1＝F2时，物料作等速运动，则有：

由此可见，当v＝vs时，vm＝0，即此时物料在管道内静止不动，处于悬浮静止状态，故称vs为物料的悬浮速度，它决定于物料的性状，见式（7-4）；当v ＞vs时，vm＞0，即物料在管道内上升；当v ＜vs时，vm＞0，即物料在管道内下沉。因此，气流速度必须大于物料的悬浮速度，才能使物料在管道内上升。

物料在静止空气中自由沉降的沉降力为重力与浮力之差，它将使物料以加速度下沉；该力虽保持不变，但物料所受到的空气阻力则随着速度增大而增加。当该阻力增加到与物料所受的沉降力（即重力与浮力之差）相等时，则物料的沉降速度不再增加，而以等速运动下降，这时的物料沉降速度称为沉降终末速度，或简称终末速度vT。终末速度与悬浮速度在理论计算式上是等同的，而前者易借助实验测得。

从上述关系式可看出，ρm比较小，且比较蓬松（W/A 较小）的物料，其悬浮速度或终末速度较小。例如，清棉机棉从的平均终末速度为800～1100mm／s，纤维的平均终末速度为30～60mm／s。

（二） 水平管道中气力输送原理

在水平管道中，气流流动方向与物料重力方向相垂直，物料因重力作用有下沉趋势。如管道中气流速度很低，则物体沉于管底不动。因此，气流速度必须增加到一定的数值，物料才能脱离管壁而腾空飞行，这时气流的速度称为腾空速度vD。

当气流吹向沉于管底的物料时，产生水平推力P，如图7-4 所示。物料上面的气流速度比下面大，驱使物料向前翻转，同时物料下面的气压也大于上面，所以气流对物料产生一个升力L，物料即发生翻腾浮起现象，并随气流向前输送。该升力大致与气流速度的平方成比例，如果物料的重力大则气流速度也应增大。一般物料的腾空速度均大于自由沉降的终末速度，据测定，腾空速度大约是自由沉降终末速度的三倍。

图7-4　水平管道气力输送