稠密气力输送由于其低能耗、高固气比、低管道磨损等优点广泛应用于各种工业领域。由于在以较高固相浓度进行输送时,颗粒与颗粒间以及颗粒与壁面之间的频繁相互作用增加了流动的复杂性。目前对高压稠密相气力输送机理和一些相关流动特性的研究还不够成熟,特别是对输送流型的演变规律、流型识别机理及流型过渡预测的了解较少。本文基于实验与数值模拟对稠密粉体气力输送的固相流动特性进行了系统研究,尤其是在数学模型构建和稠密粉体气力输送相关机理方面开展了深层次的分析和探讨。针对现有描述稠密粉体气力输送数学模型存在的不足,采用欧拉和拉格朗日相结合的方法构建描述离散粉体运动的数学模型,使其能够适应稠密相气力输送中固相浓度分布极不均匀现象;在描述固相间内部作用过程中,借助空间网格分为网格内和网格间分别进行描述。通过颗粒特性、颗粒浓度、颗粒速度描述网格内固相作用;通过统计各网格固相信息,借助欧拉方法求取网格间固相浓度梯度和速度梯度所引起的剪切作用,以使数学模型更为接近实际。为了验证模型的准确性,通过建立可视化密相气力输送实验装置获取了不同输送条件下的输送流型及转变规律;通过建立可视化料仓实验装置,对同种粉体卸料流型进行拍摄分析;通过料仓内不同分层粉体卸料过程的混合实验得到了混合曲线,通过实验结果与模拟结果的定性比较与定量分析,两者取得了较好的一致性,证明了本文所提出的新型数学模型的有效性和准确性。采用该模型首先对高压稠密粉体水平管气力输送进行研究,着重探讨了不同操作参数条件下的流型演变规律,研究输送管内不同流型的物理特性,采用固相浓度信号分析方法,获得了管内固相容积份额、功率谱密度函数、固相浓度概率密度函数、Re数和Ar数等与流动形态之间的联系,实现了对输送管道内流动特性、不同流型转变的预测,并获得高压稠密气力输送过程流型转变规律和定量判据。结果表明:当增加表观气速或减小输送固气比或减小输送粒径或增加输送压力时,水平管内的输送流型发生从栓塞流到沙丘流再到沉积层流的转变。当栓塞流经水平管道时,从栓塞前部到栓塞尾部的压力损失逐渐增加,当栓塞尾部的颗粒不再充满输送管道时,压力损失出现骤降,此外,栓塞尾部颗粒移动速度高于栓塞前部的颗粒移动速度,且栓塞尾部固相浓度高于栓塞前部;当输送管内出现沙丘流流型时,沿着沙丘前部到尾部的压力损失先增加后减小,而颗粒速度则先减小后增加,固相速度与单位压降的变化呈相反趋势;当水平管内为沉积层流时,管内单位压降、颗粒速度及颗粒浓度分布变化不大。不同流型的功率谱分析表明,栓塞流时,功率谱存在一个明显主频,颗粒浓度波动很大,流动不稳定;沙丘流时,主频变得不太明显,颗粒浓度波动减弱,但还是处于不稳定流动;沉积层流时,主频消失,颗粒流动比较平缓稳定。固相浓度的概率密度分布与流型相关,不同流型具有不同的概率密度函数的峰值及形状。针对本文的输送条件,采用固相浓度的特征参数对管内流型进行了定量识别;流型过渡区域的Ar数和Re数存在幂函数关系,得到了不同流型之间过渡气速的定量表达式。通过对稠密粉体弯管部分的气力输送研究,揭示了高压条件下管内粉体在经过90°圆弧弯管过程中不同输送条件下的固相流动特征及其变化规律。结果表明:当表观气速增加时,水平管内的固相浓度的减少量比弯管和垂直部分要多。基于本文中基础案例所采用的计算条件,当U_g≥10m/s时,水平管段的固相浓度几乎与垂直管段相同,表明输送达到稳定状态。与直管段相比,弯管中固相浓度的波动强度较大。不同表观气速条件下,弯管内的平均颗粒速度具有相似的变化曲线,平均颗粒速度的波谷值均位于弯管中间位置。当弯管半径增加时,水平管内的颗粒流从栓塞流逐渐转变为分层流。当弯管半径为3.0D时,输送达到稳定状态。当弯管半径进一步增加,速度分布曲线的波谷点向弯管入口方向移动(R=1D和5D分别为75°和30°)。弯管半径对弯管入口处颗粒速度几乎没有影响,但对弯管出口的颗粒速度影响较大。增加颗粒粒径,水平管内的颗粒流型从分层流转变为栓塞流。整个输送管段的固相浓度随着颗粒粒径的增加而增加,但平均颗粒速度随之减小。此外,不同粒径颗粒通过弯管段时的速度曲线变化一致。粉体的存储和卸料是气力输送系统的重要环节之一,了解料仓卸料流动特性十分重要。通过对不同结构料仓卸料过程的仓内流型、卸料流率、锥形料斗内不同物料的混合特性研究表明,卸料口尺寸对卸料流率影响较大,且呈非线性关系;在相同卸料口直径条件下,当料仓半顶角小于45°时,卸料流率随料仓半顶角增加而减小,超过这个值继续增加料仓半顶角大小,卸料流率变化不大。此外,为了描述不同分层粉体物料在卸料过程的混合特性,通过粉体物料在卸料出口处质量分数的变异系数有效描述了混合程度。通过对不同结构料仓卸料混合过程的计算,获得了不同结构料仓的混合规律。结果表明,增加料仓半顶角有助于不同料层物料在卸料过程中的混合;减小料仓出口直径会减小混合指数(即增加混合程度),但是降幅较小。