第五章-粉體儲存

1、材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存第一節(jié)第一節(jié) 倉內粉體重動流動倉內粉體重動流動 在料倉研究中，一直是以質量和強度兩個方面為主要研究內容，但在使用中常碰到的困難卻是倉內粉體流動的不穩(wěn)定，時快時慢，都是結拱堵塞，有時中央穿孔而周圍物料停滯不動，還有分料也是料倉中常出現(xiàn)的現(xiàn)象，為了從根本上解決這些問題，必須對這幾個方面做深入的研究。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存一、一、流動橢圓體流動橢圓體 在排料口附近的料流狀態(tài)如圖表面粒子層A滾落向中心集中，其下層則比較緩慢地向 中央集中，B層下面則為固定不動的區(qū)域E。 換言之，除了E之外，

2、凡是處于大于休止角的粒子均流向中央?yún)^(qū)集中，而迅速下落至D處，D處粒子毫無阻力的最先流出，可以認為交界面構成了橢圓體，其長軸是垂直的，該體內的料流是團塊性的，C本是一個較小的橢圓體，實際證明其體積約為前者的。 圖表 a材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存上述兩個流動的橢圓體如圖b 流動的橢圓體在橢圓體內產生垂直移動和滾動兩種運動。 松動的橢圓體在所謂邊界橢圓體之外是沒有物料運動的，而橢圓體的形成過程取決于物料的性質。圖表 b材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存二、二、整體流（群流）與漏斗流及其判別整體流（群流）與漏斗流及其判別 從上

3、述對橢圓體流動區(qū)域分析可以看出，料倉里粉體流動應該按照橢圓體流動的那樣才是理想的情況，當料倉中粉體象流體流出一樣對稱為整體流動(圖5.5a)，只在料倉中央部分形成料流，流動的區(qū)域呈漏斗狀，其他區(qū)域的物料停滯不動稱漏斗流。如圖5.5b所示，顯然在工業(yè)應用中整體流的性能優(yōu)于漏斗流，在相同的條件下整體流增加了有效面積，因此整體流是我們料倉設計的最佳結果。 通過實驗不就推出在有效內摩擦角下，料斗半徑角與壁摩擦角之間確定整體流的條件可查如圖4.8進行判別， 按內摩擦角的分析，漏斗壁與水平的傾角，有對硅酸鹽粉料實測有 即 材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存第二節(jié)第二節(jié) 粉

4、體粉體在料倉內的偏析在料倉內的偏析 粉體在流動之際，由于顆粒密度、形狀、大小、表面特征的差異，在不同的地點，呈現(xiàn)粉體層的組成不一致的現(xiàn)象成為偏析，在一般的料倉中，大多數(shù)情況是裝一種物料，即使幾種物料，他們的密度也相差不大，而粒度卻高達成百上千倍，所以在料倉中的粒度偏析是主要的，分析其偏析機理主要有：材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存1. 1.附著分料偏析附著分料偏析 粉體進入料倉時，由于存在一定落差，在沉降過程中沉速不同，粗粒與細粒就會分開，細粒附著在倉壁上，當受外力振動時，附層剝落，致使料倉卸料粒度分布發(fā)生前后波動，隨振動情況，此現(xiàn)象對于特別細微的顆粒或靜電

5、效應較好的微粉特別明顯。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存2 2、填充分料偏析、填充分料偏析 在料層移動場合下，粗粒的填充狀態(tài)具有篩分作用，當粗粒作緊密填充時，細粒能穿過其填充層而進入下一層，此時的粒度比為1/10以下，當粉體堆積形成安息角時，由料堆上方連續(xù)加料，則在靜止粉體層上沿斜面引起動流動，在緩慢堆積情況下，流動是間歇的，在此間期對休止角保持不變，一旦引起流動，由于 （動休止角）流動全持續(xù)就成為動休止角為止，然后周期性進行 在靜止層上，由于這種間歇流動表面顆粒層中空隙大，而且在運動狀態(tài)，這時對含有不同大小顆粒時，小顆粒就會在大顆粒間穿過去達到下一層上，我

6、們稱這種現(xiàn)象為填充偏析。3. 滾落偏析，中間和邊緣粒度差。rdrsrdrsrdrs材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存三三、粒度偏析的后果、粒度偏析的后果 在料倉中由于粒度偏析會出現(xiàn)“內細外粗”的粒度分布狀態(tài)，如果在出料口合理使倉內形成整體流動的話，則上述粒度偏析現(xiàn)象可以得到緩解，若為漏斗流的話，那么出料口的物料粒度就會是先細后粗，粒度出現(xiàn)較大波動。 與顆粒度偏析相似，密度偏析中密度大的顆粒相當于粒度偏析中的小顆粒情況，會出現(xiàn)”內重外輕”的偏析。輕顆粒像大顆粒一樣向外滾落。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存四四、偏析的防止、偏析

7、的防止 減少直徑。改變了顆粒流動的距離，采用高而細的容器。 采用回轉下料法。實際上也是改變了顆粒的流動距離。 中央孔法。在容器中央設置一個有多孔的管子，在進料點不變時隨著料面的升高，分別采用不同的孔下料，使偏析及時克服。 格子分流法。采用高而細的容器在實際中有困難，往往將大直徑容器分成許多格，形成高而細的容器。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存五、五、起拱現(xiàn)象起拱現(xiàn)象 臨界流出口徑，拱的防止方法臨界流出口徑，拱的防止方法 減少直徑。改變了顆粒流動的距離，采用高而細的容器。 采用回轉下料法。實際上也是改變了顆粒的流動距離。 中央孔法。在容器中央設置一個有多孔的管

8、子，在進料點不變時隨著料面的升高，分別采用不同的孔下料，使偏析及時克服。 格子分流法。采用高而細的容器在實際中有困難，往往將大直徑容器分成許多格，形成高而細的容器。 起拱現(xiàn)象 臨界流出口徑，拱的防止方法材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存1 1、起拱起拱 當排料口直徑遠大于顆粒直徑時，粉體在排料口往往還會發(fā)生閉塞不流現(xiàn)象，稱之為起拱或閉塞現(xiàn)象，對于起拱與料內粉體壓力的關系，在前章中已經講述，它與粉體性質有關，也與下料倉結構及出口條件有關。2 2、斗倉的流動因素斗倉的流動因素ff ff以及不起拱的條件以及不起拱的條件 按Jenike在分析料倉內物料流動時， 提供的

9、斗倉流動因素的概念 其中 為預壓實應力， 為斗倉作用 在拱上的應力。如圖a為臨界條件。圖a11ff1材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存3 3、不接管臨界口徑不接管臨界口徑 在細粒及粘結性物料情況下，細粉粘接在管口使口徑縮小最后堵塞，可能僅在卸料口上面的流動帶能被卸出，形成管狀洞，稱結管（結洞）然后完全停止流動。Johenson采用確定群流類似的方法計算了不結管條件，有下式成立： D為可避免結管的最小卸料口尺寸，fcc意義同前, G 結管函數(shù)，查 或 。)(iBGgfccd 材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存4 4、拱和洞的防止

10、拱和洞的防止1）改變料倉結構，將料倉制作偏心卸料口，如圖4.17，曲線料斗，外桿孔等。2）在倉內裝改流體，在倉內安裝某種形狀的裝置以減小對粉粒斗壓力，破壞倉內物料壓力平衡，常見改流體有垂直隔板水滴體。三角體紡錘等。3）振動，用機械的方法使倉壁振動，改變壁面摩擦角，改善流動性。4）充氣流態(tài)化，向粉體內充氣，使之流態(tài)化，這也是一種助流方法，這是因為流化物料具有較好的流動性。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存第三節(jié)第三節(jié) 機械強制流動機械強制流動（粉體的攪拌粉體的攪拌）一、一、攪拌轉矩的確定攪拌轉矩的確定 首先我們看看一個圓筒在一個大的粉體層中沿垂直回轉軸轉動時所需

11、的力矩。按流體力學的方法可以確定在圓筒下y處筒壁的壓力（垂直） 水平力由被動粉體壓力系數(shù)公式 作用在單元面上的摩擦力 d為圓筒直徑，為圓筒表面摩擦系數(shù)，為水平正應力。 則力矩 )(hyBvpkpvphpdydddFhpw22ddFdT)2(2)(22020)2(hHHdydhyTdkdkBpwpBHw 材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存二、二、內摩擦系數(shù)的確定內摩擦系數(shù)的確定 Benazie用齒狀圓筒做轉動圓筒，如圖4.19，測定粉體內摩擦系數(shù)，用上式 計算，由測量T值計算 由于動（靜）摩擦系數(shù)是不同的，所以要測定T值必須是在穩(wěn)定時才能測定，否則就會不準確，一

12、般開始T值大（密填充時），對疏填充時開始T值小，但最終時T趨于一致。如圖3.43。Benarie用砂做試驗得出轉矩與角速度關系有下式 其中為開始時轉矩，為穩(wěn)定時轉矩，w為回轉角速度，T為回轉時間后的轉矩,k為裝置常數(shù)。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存三、三、NovosadNovosad法確定攪拌轉矩法確定攪拌轉矩此法是確定純狀攪拌葉生軸上的轉矩： 當采用轉速范圍為1-200rpm時，通過變化h,d,b及等參數(shù)時，有一共同的曲線關系而與粉體的種類無關。 對于一般顆粒，當 時， 當 時, 此處 上式適用于d很大時，不考慮容器壁的影響。cmD321813.125.

13、044.012.0bdhcmhcmbcmd5 . 55 . 3,31,4 .264 . 6BhbdT1 . 18 . 17 . 05 . 1375. 013. 125. 044. 012. 0bdhBhbdT88. 08 . 15 . 13 . 2477. 0)tansinsin(2expcoscossinsinsin122iiwwiwiww材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存第四節(jié)第四節(jié) 振動流動振動流動一、顆粒與振動面的相對運動一、顆粒與振動面的相對運動1 1、振動的機械振動的機械指指數(shù)數(shù) 以振動加速度與重力加速度之比稱為機械指數(shù)，用式 表示，用kc作為評判

14、振動強度的參數(shù)。2 2、顆粒的起飛點顆粒的起飛點 在此我們討論一下振動面為直線運動的情況，假設振動基準面即x軸與低面垂直且與水平相交成角，而直線振動的方向AB與水平成角，取振動面上的一點P的運動，以r為半徑作圓，（r為振幅的一半）取C點為相位角圓點，且振動以W角速度沿順時針回轉 ，則w為相位角到P點，為時間，如圖（振動圓表示法）grwkc2材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存按圖振動位移有 求導得振動速度 再求導得振動加速度 則 此時為任意時刻振動方向（AB）的加速度。 我們將加速度b分解成振動面方向與垂直于水平方向上的兩個加速度有圖由正弦定理有 b要求最大值

15、將 代入，則 )cos(sinwrx)sin(sinwry)cos(coswrwx)sin(coswrwy)sin(sin ),cos(sin 22wrywrxwwbwrwyx2222)sin( 2wrbwsin2coscos,cos)sin(bOQbPQ1sinwwrbwsin2cos)sin(2wrPQ材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存 用PQ與重力加速度之比我們稱之為篩分指數(shù)Kv Kv是篩分機械喂料機性能的重要參數(shù)，亦稱拋擲指數(shù)或拋擲強度。 當時，顆粒離開振動面跳動時，顆粒與振動面接觸運動。 當振動面鉛直方向的加速度在數(shù)值上PQ=-g時，即時的相位角為起

16、飛相位角。有 cos)sin(cos)sin(2KwKcvgrKwvLLgr1sin,cos)sin(sin2材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存)sin(sin),cos(sinLLLLrryxLLrwvcoscos21)sin(,sin21)cos(2gygxvyvxLLLL材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存LLLLLLLmLmgrwwcotsincoscos)sin(cos2)211 (coscos21cos)sin()sin(cot)cos)sin(222LcLLLmKKgvvvyyvrLgg)(0sin21)cos(2

17、0wvLgwxLLwL0材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存當在飛行時間內振動的次數(shù)為m時，顆粒沿振動面移動速度設（公式）（公式）材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存4、輸送速度計算輸送速度計算在計算時設 ,通過分析（看書）有代入 式整理式中 其中可查表 3.5。有關單位 為 實際速度還應按圖4-29進行修正 。0sin)sin(cos1sin,sincos2sin2110220kkkkkkkvvcvLLLvvvLsincos)(sincossin)(40kkvvLLvpfmgrLvvLmgfkksin04)()(2sradwsm

18、次mr smg2rad材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存1,122)()1(22mkkkvvvm22mwm材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存二、顆粒層的平面內運動二、顆粒層的平面內運動 前面我們講述了振動情況，即振動方向與振動面成一定角度，另一類運動是運動方向與運動面一致，即在同一水平面內，如篩分等情況屬于此。1 1、臨界回轉速度和臨界回轉速度和ScottScott圓圓 如果其平面作高速回轉，那么放在此平面上的顆粒則隨著平面回轉，當平面轉速超過某值時，顆粒與平面之間出現(xiàn)相對滑動。設顆粒在平面上的回轉半徑為R，角速度為w，則發(fā)

19、生相對運動的條件是 。 其中為顆粒與平面之間摩擦系數(shù)，臨界狀態(tài)取等號， 由于顆粒開始時是靜止的，同時要克服靜摩擦才能產生相對運動， 為臨界轉速，為靜摩擦系數(shù)。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存 由于顆粒的動摩擦系數(shù)比靜摩擦系數(shù)小所以當w超過時，顆粒則以半徑作回轉運動且 ，回轉速度與平面相同，設顆粒質量為m，則由力平衡得 ，以半徑為運動的圓稱Scott圓，顆粒的絕對運動軌跡,Scott圓隨著顆粒層的厚度增加，逐漸減少，這主要是由于與粉體層厚度有關，而且層數(shù)越多，減少越劇。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存2 2、顆粒與平面的相對

20、運動軌跡顆粒與平面的相對運動軌跡 Xykokckuu圓就是顆粒在平面上做相對運動時所形成的圓，而Scott圓是顆粒在做絕對運動時的圓。如圖4.30 這一現(xiàn)象我們農村的同學可能見過，用篩子篩東西時，粗顆粒（輕顆粒）往往會集中在某一個圓區(qū)域內，而不是篩子的中心，Xykokckuu通過分析得出下式 寫成無數(shù)次量有 ，其中為Xykokckuu圓半徑，為機械指數(shù),上式可用于多層粉體的平面回轉運動，也可用于實際操作。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 第五章第五章 粉體儲存粉體儲存第五節(jié)第五節(jié) 壓縮流動壓縮流動 壓縮通常是指粉體表現(xiàn)體積的較少，使顆粒填充變得密實，對于不發(fā)生顆粒組成變化的壓縮過程，我們稱之為壓實。粉體壓縮的方法大致有兩種，一種是靜壓壓縮，另一種是沖擊壓縮，這兩種壓縮我們在實際生活中都能見到。一、壓力分布一、壓力分布 在壓縮過程中，粉體內壓力分布是一個重要問題，也是一個復雜的問題，對一維被動壓縮中，也是最簡單的壓縮過程，可分為靜壓縮和沖擊壓縮，同時又可以分為單向壓縮和雙向壓縮。 對于圓柱形粉體模，在單向壓縮時，Boussinesq分析了該粉體的受壓應力分布，如圖3.55，這一分布很像樹根，而且是球面的，所以稱之為Boussinesq球根狀