氣力輸送系統(tǒng)在很多人看來技術(shù)含量不高，機械組件簡單，儀器和控制裝置不復(fù)雜。但是實際上，氣力輸送的物理和數(shù)學(xué)計算是復(fù)雜且具有挑戰(zhàn)性的。各種不確定因素導(dǎo)致氣力輸送系統(tǒng)選擇，規(guī)格和操作上的不適當(dāng)。
行業(yè)中的大多數(shù)氣力輸送系統(tǒng)都是稀相氣力輸送系統(tǒng)，其中氣體速度相對較高，而固體含量較低。有多種選擇可以使這些系統(tǒng)可靠地工作。大口徑的管道和輸送的氣體速度遠高于最小值，這是安全的選擇（但是效率低下）。出于經(jīng)濟成本和節(jié)約能源的考慮，很多用戶希望能降低氣力輸送的成本，推動了氣力輸送技術(shù)的發(fā)展。通過以下方式使氣力輸送更加節(jié)能：
優(yōu)化稀相氣力輸送系統(tǒng)或轉(zhuǎn)向濃相氣力輸送。然而，與使系統(tǒng)不穩(wěn)定并易于阻塞的危險相比，優(yōu)化稀相氣力輸送系統(tǒng)的提升空間不大。設(shè)計濃相氣力輸送系統(tǒng)能大大提升輸送效率，但是濃相氣力輸送系統(tǒng)允許的誤差幅度要小得多。因此，需要基于對輸送系統(tǒng)中的物理機制的基本理解來建立可靠的設(shè)計實驗。
要了解和描述各種長度尺度上的行為，就需要在實驗，測量技術(shù)，數(shù)學(xué)建模和數(shù)值模擬方面進行創(chuàng)新。方便地以宏觀，中觀和宏觀的層次來討論這些長度尺度。微觀級別指示在單個粒子級別發(fā)生的過程，例如粒子-粒子接觸力學(xué)。宏級別需要更多的系統(tǒng)或全局視圖，例如系統(tǒng)壓力下降。中觀水平介于兩者之間。
在微觀層面上，許多工業(yè)和學(xué)術(shù)研究工作都致力于通過離散元素方法（DEM）對粒子組件的行為進行建模。在這種方法中，每個粒子都被視為模型中的一個元素，并且粒子的運動可以通過牛頓力學(xué)來描述。現(xiàn)在可以使用通過阻力項耦合到計算流體力學(xué)（CFD）軟件的商業(yè)DEM代碼。使用CFD自適應(yīng)網(wǎng)格劃分，Lattice Boltzmann模擬和平滑粒子流體動力學(xué)研究了微觀尺度的流體-粒子相互作用。在這些情況下，阻力和升力是從模擬本身而不是通過施加經(jīng)驗系數(shù)得出的。這種規(guī)模的實驗工作包括諸如接觸力研究中的原子力顯微鏡技術(shù)以及粒子和氣體運動中的激光多普勒測速儀等技術(shù)。這里的挑戰(zhàn)是顆粒的數(shù)量，不規(guī)則的顆粒形狀和模型湍流。
向上移動長度尺度意味著犧牲細節(jié)并轉(zhuǎn)向統(tǒng)計方法來描述中尺度的粒子系統(tǒng)行為。一種流行的方法是將微粒組件視為偽流體或連續(xù)體。統(tǒng)計物理學(xué)和顆粒動力學(xué)理論的提出導(dǎo)致了氣力傳輸?shù)哪M。顆粒動力學(xué)理論的版本已經(jīng)在一些商業(yè)法規(guī)中實現(xiàn)。該模型需要連續(xù)的性質(zhì)，可以通過臺式流變儀或通過微觀模擬獲得的數(shù)據(jù)來通過實驗建立。
最后，有一個宏觀的認識。通常，這是基于傳統(tǒng)單相流體力學(xué)的擴展，其中諸如碰撞或流體阻力導(dǎo)致的動量損失之類的細節(jié)被吸收到與D'Arcy處理類似的一些通用摩擦項中。這可以是整個系統(tǒng)術(shù)語，也可以分解為管道組件，可以在其中進行比較并為中尺度模擬提供反饋。但是，這些術(shù)語僅對一種特定材料有效，并且是在大型測試設(shè)備中通過實驗確定的。
如果目標(biāo)是實現(xiàn)氣力輸送系統(tǒng)可靠的設(shè)計而不需要對每種新粉體物料都進行連續(xù)的全面氣力輸送試驗，那么顯然需要有一些模型，這些模型將熟悉的基準(zhǔn)規(guī)模數(shù)據(jù)作為輸入并輸出性能數(shù)據(jù)。
