根據氣流粉碎原理，其基礎理論研究主要包括了以下方面：高速氣流的形成，顆粒在高速氣流中的加速規律，顆粒沖擊粉碎規律，氣流粉碎機參數的研究。理解氣流粉碎的基礎理論，有利于加深對氣流粉碎設備的工作原理的理解，更加了解其應用性能。

      1、高速氣流的形成

       氣流粉碎中物料粉碎的能量來源于高速氣流，高速氣流則是依靠噴嘴將氣流的內能轉化為動能而形成的。氣流粉碎的噴嘴可分為收縮型和縮放型，目前主要采用縮放型噴嘴。在噴嘴位置的設計上，存在最佳的安裝位置，使得粉碎性能達到最佳。

      應用有限元分析軟件對噴嘴內部結構受力情況進行分析，討論了入口直徑、入口穩定段長度、喉部臨界截面和內腔造型對噴嘴性能的影響。結果發現，入口壓力3.5MPa，入口直徑為6mm的噴嘴為設計的最佳噴嘴．內腔錐角在8°-12°之間變化時，對噴嘴的性能影響不大，內腔造型為光滑曲面時噴嘴性能最佳。

      2、顆粒在高速氣流中的加速規律研究

      目前氣流粉碎機的設計中，一直依據射流軸心速度衰減速度在10de~20de，確定噴嘴距粉碎中心點的距離。沒有考慮顆粒加入噴射氣流后對氣流速度的影響，也未考慮顆粒在氣流中加速的距離要求。
對于不同的工質，噴嘴出口速度的表達式不同。壓縮空氣工質噴嘴出口速度為：

          式中，p0，pp1——噴嘴進口、出口處的壓力；

　　　ν0——進口處的比容；

　　　k——定熵指數，空氣的k =1.4。

         而過熱蒸汽工質噴嘴出口速度是：

        式中，i ———比焓，J/kg。

       這兩個公式對物料不通過噴嘴的情況進行計算是比較準確的，而對物料通過噴嘴的情況則需要進行修正，因為氣流中的顆粒對氣體的速度有影響。

       3、氣流沖擊粉碎規律的研究

       顆粒碰撞比較復雜的問題是顆粒的碰撞概率，顆粒在加速后能否相互碰撞及碰撞幾率對氣流粉碎機的能效比有較大的影響。

      兩顆粒以一定的速度碰撞所產生的最大應力為：

      當σmax超過顆粒在一定粒級下的強度時，即產生破壞，據此計算出了不同沖擊速度下，球與球、球與平板相撞時的σmax/Z值。對玻璃球和石灰石進行的高速沖擊粉碎試驗證明:從能耗的角度來說，不同的物料以及不同粒度的同一物料都存在著一個最優的沖擊速度，使粉碎的能耗最低。當速度大于該值時，能得到更細的產品，但能量利用率降低。

      上述對顆粒沖擊粉碎的探討，有一定的局限性，包含大量缺陷的顆粒破碎遠比理論上建立的力學過程復雜。顆粒粉碎后的粒徑是一個相當復雜的問題。同時，顆粒粉碎的環境不同，顆粒的狀態、性能、設備及工況不同，顆粒的破碎與能耗關系也不同，很難有一個通用的表達式，而且許多參數必須采用實驗的方法進行確定。但在單顆粒的基礎上研究了顆粒的比粉碎能與顆粒碰撞強度的關系，認為顆粒的粉碎粒徑與顆粒自身的一些性能有較大關系，由此給出顆粒粉碎所需碰撞速度的大小，對以沖擊破碎為機理的氣流粉碎而言，有一定的指導作用。若能從微觀角度和顆粒間的相互作用出發，研究顆粒碰撞過程中裂紋的發生、發展和聚集過程，以及顆粒的運動，碰撞受力、能量傳遞等，能更明確顆粒破碎的本質。

      粉碎過程的能量效率隨顆粒尺寸的減小、粉碎時間的增加、輸入能的增加而減小。粉碎介質的動能用于顆粒的粉碎，表現為顆粒尺寸的減小。從斷裂力學出發，并考慮顆粒強度尺寸效應，在碰撞實驗的基礎上，推導出顆粒粉碎能與顆粒粒徑的關系和顆粒破壞所需求的沖擊速度和顆粒粒徑的關系為

      式中，Es——顆粒粉碎能，J；

      Us——顆粒碰撞速度，m/s；

      Y——顆粒的彈性模量，Pa；

      ν——泊松比；

      S0——單位體積顆粒的抗壓強度，Pa；

      V0——單位體積；

      m——威布爾均勻系數

      上述公式依然存在很多不足之處。例如：當顆粒碰撞后未產生破壞，一定在其內部產生損傷，使下一次碰撞要求速度值相應降低，但降低的值有多少，顆粒連續碰撞下能量如何吸收及多次碰撞的顆粒強度值如何考慮，上述公式未對此給出解釋。

      由于粉碎區域的速度很高，顆粒的粒徑非常小，直接測量有一定的困難，所以的研究基本上是理論分析推導和實驗驗證，因此還有許多問題值得進一步探討。

 （粉體圈 作者：敬之）