第四章 顆粒群的流動

1、第四章第四章 顆粒群的流動顆粒群的流動 研究設(shè)計料倉時，往往只注意其容量和強(qiáng)度兩個方面。 實(shí)際料倉使用中經(jīng)常出現(xiàn)偏析、流動不穩(wěn)、偏析、流動不穩(wěn)、結(jié)拱、穿孔結(jié)拱、穿孔等不正?，F(xiàn)象。 粉體的流動性是指在應(yīng)力平衡條件被破壞后粉體層沿剪切面的滑動和位移。 重力流動、振動流動、機(jī)械強(qiáng)制流動、在流體介質(zhì)中的流動。 僅討論料倉內(nèi)粉體的重力流動。 一、孔口流出 液體的流速與液面高度有關(guān)。 粉體的流出速度與層高無關(guān)（砂時計原理）。實(shí)驗(yàn)證明：一般料倉高度超過其直徑約一般料倉高度超過其直徑約4倍倍時，流出速度與倉內(nèi)物料深度無關(guān)。時，流出速度與倉內(nèi)物料深度無關(guān)。液體的液體的TorricelliTorricelli定律

2、對粉體不適用定律對粉體不適用 動態(tài)拱：孔口上部的粉體顆粒相互擠壓形孔口上部的粉體顆粒相互擠壓形成的拱構(gòu)造，在流動中，構(gòu)成拱的顆粒不成的拱構(gòu)造，在流動中，構(gòu)成拱的顆粒不斷落下，而新的顆粒不斷補(bǔ)充形成動態(tài)平斷落下，而新的顆粒不斷補(bǔ)充形成動態(tài)平衡。衡。 質(zhì)量流出速度的經(jīng)驗(yàn)公式： W = B D0n 與物料粒徑、內(nèi)摩擦系數(shù)等物性有關(guān)的常數(shù)，n 2.53.0，常取2.7 二、流動型式 1、倉內(nèi)粉體的重力流動 D區(qū)：顆粒自由降落區(qū),最早排出 C區(qū)：垂直運(yùn)動區(qū),顆粒邊滾動邊降落進(jìn)D區(qū) B區(qū)：緩慢滑動區(qū) A區(qū)：迅速流動區(qū) E區(qū)：死區(qū) 凡處于大于休止角位置的顆粒均產(chǎn)生流向出口中心的運(yùn)動 排出口料流狀態(tài) 2、流動

3、橢圓體 Kvapil提出流動橢圓體的概念，有兩個橢圓體，流動橢圓體EN內(nèi)產(chǎn)生垂直和滾動運(yùn)動；邊界橢圓體EG以外的顆粒不產(chǎn)生運(yùn)動； EN的頂部是流動錐體E0。E0:流動錐體流動錐體En:核心流動橢圓體核心流動橢圓體EG:邊界流動橢圓體邊界流動橢圓體 3、莫爾應(yīng)力圓與滑動線 滑動線示意圖 4、質(zhì)量流與漏斗流 質(zhì)量流：質(zhì)量流：倉內(nèi)物料能大致均勻下降流出。特點(diǎn)是“先進(jìn)先出”，不同高度上的料層之間基本上無交叉。 漏斗流：倉內(nèi)粉體層的流動區(qū)域呈漏斗狀。特點(diǎn)是“先進(jìn)后出”，只有中央部分形成料流，其他區(qū)域的粉體料流紊亂或停止不動。 粉體流動型式的判別方法 用粉體力學(xué)特性參數(shù)有效內(nèi)摩擦角、料斗錐體半頂角和粉體內(nèi)

4、摩擦角。 由莫爾圓的幾何關(guān)系可得粉體在儲倉內(nèi)的臨界角： 若料斗頂角c,形成質(zhì)量流2900 xwC)sinsinarcsin(wx 倉內(nèi)粉體流動型式判斷圖 5、偏析現(xiàn)象 偏析：粉體流動過程中，粉體層的組成呈現(xiàn)不均質(zhì)的現(xiàn)象。流動性好、粒度分布寬的粉體易偏析 引起偏析原因：粒徑、密度、形狀、表面性狀等 偏析類型及機(jī)制： 附著偏析： 填充偏析： 滾落偏析： 防止偏析的措施 采用多點(diǎn)裝料 采用細(xì)高料倉 加設(shè)垂直擋板 設(shè)置中央管孔 采用側(cè)孔卸料 三、質(zhì)量流料倉設(shè)計原理三、質(zhì)量流料倉設(shè)計原理 詹克流動性參數(shù)詹克流動性參數(shù)：內(nèi)摩擦角、有效內(nèi)摩擦角、壁摩擦角、容積密度、開放屈服強(qiáng)度、可壓縮型因數(shù)、透氣性因數(shù)。

5、1 1、開放屈服強(qiáng)度與流動函數(shù)、開放屈服強(qiáng)度與流動函數(shù) 固結(jié)強(qiáng)度（密實(shí)強(qiáng)度)、固結(jié)主應(yīng)力 密實(shí)粉體發(fā)生破壞時的壓應(yīng)力即是開放屈服強(qiáng)度密實(shí)粉體發(fā)生破壞時的壓應(yīng)力即是開放屈服強(qiáng)度f fc c f fc c的確定的確定 由于自由表面的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力均為零，這相當(dāng)于莫爾圓上的最小主應(yīng)力3=0，剪應(yīng)力=0而最大主應(yīng)力1= fc的應(yīng)力狀態(tài)。因此，通過坐標(biāo)原點(diǎn)并與破壞包絡(luò)線相切的莫爾圓中的1= fc，相應(yīng)的固結(jié)主應(yīng)力通過與破壞包絡(luò)線終點(diǎn)相切的莫爾圓確定。 2 2、流動函數(shù)、流動函數(shù)FFFF 詹克（Jenike)定義粉體的流動函數(shù)FF： FF表征粉體的流動性，當(dāng)fc=0時，F(xiàn)F，粉體具有完全的流動性。流動函數(shù)

6、流動函數(shù)FFFF與粉體的流動性與粉體的流動性流動函數(shù)FF FF1 1FF2 2FF4 4FF10 FF10流動性 凝結(jié) 強(qiáng)粘附性 有粘附性 易流動 自由流動 流不動 不易流出 實(shí)例 過期水泥 濕粉 未過期水泥 濕砂 干砂c1f開放屈服強(qiáng)度固結(jié)主應(yīng)力FF 3 3、有效屈服軌跡和有效內(nèi)摩擦角、有效屈服軌跡和有效內(nèi)摩擦角屈服軌跡曲線簇屈服軌跡曲線簇：不同的預(yù)密實(shí)條件有不同的屈服軌跡。將這些屈服軌跡的終點(diǎn)連接成為一直線，其傾角表示不同預(yù)密實(shí)狀態(tài)下的破壞條件。 有效屈服軌跡有效屈服軌跡是各個不同預(yù)密實(shí)狀態(tài)下的最大極限莫爾圓，也就是通過各屈服軌跡終點(diǎn)的莫爾圓的公切線。其傾角稱為有效內(nèi)摩擦角有效內(nèi)摩擦角。

7、有效內(nèi)摩擦角比屈服軌跡終點(diǎn)連線的傾角相差約50。 由幾何關(guān)系易得 預(yù)密實(shí)應(yīng)力1和固結(jié)主應(yīng)力的關(guān)系 1 = （1+sin)22sin31331 4 4、料斗流動因素、料斗流動因素 料斗形狀料斗形狀、倉壁摩擦系數(shù)倉壁摩擦系數(shù)等決定料倉的流動性質(zhì)。 Jenike定義料斗內(nèi)粉體固結(jié)主應(yīng)力1與作用預(yù)料拱腳的最大主應(yīng)力之比為料斗的流動因數(shù)ff, 物料容積密度；卸料口寬度；()料斗半頂角的函數(shù)。_1ff)(HB ()可查圖也可近似計算。 近似計算公式： ( ( )=)=（1+m)+0.01(0.5+m)1+m)+0.01(0.5+m) m為料斗形狀系數(shù)，軸對稱的圓錐形料斗，m=1；平面對稱的鍥形料斗，m=0

8、 對于一定形狀的料斗，同料斗直徑成線性關(guān)系，故： 設(shè)計時使ff值小。)1 (sin2)sin1)(mHff 5 5、料倉卸料口徑的確定、料倉卸料口徑的確定 Jenike指出了質(zhì)量流料斗的卸料口經(jīng)取決于粉體流動函數(shù)與料倉流動因數(shù)的比值。 質(zhì)量流條件：FF ff 或 fc1 臨界結(jié)拱條件： FF = ff 即 1= fc，crit 最小卸料口徑： Jenike理論適用于細(xì)粒物料（粒徑小于0.84mm）)(,HfBCritC Janssen法確定整體流料倉最小卸料口徑步驟：作剪切測定，在-坐標(biāo)上畫出屈服軌跡，求有效內(nèi)摩擦角 、開放屈服強(qiáng)度fC、壁摩擦角r； 在流動型式判斷圖上的整體流區(qū)域中選擇料斗半

9、頂角，并確定料斗的流動因數(shù)ff； 從相應(yīng)的摩爾圓上確定fC及1值，做出流動函數(shù)FF曲線,并在同一座標(biāo)中畫出ff； 算出最小卸料口徑。 Langmaid公式 設(shè)、 Dr分別為鍥形卸料口和圓形卸料口的臨界流出口徑（寬度），dps為顆粒比表面積當(dāng)量徑；s、v為顆粒表面積和體積形狀系數(shù)，則： Kvapil公式 圓形卸料口下徑：Dc=6.15dps 正方形卸料口邊長：A=7dps8 . 1)(038. 08 . 1vspsd8 . 1)(017. 03 . 2vspscdD 6、結(jié)拱及防止 粉體拱的類型壓縮拱：受料倉壓力作用固結(jié)強(qiáng)度增加導(dǎo)致結(jié)拱。鍥形拱：塊狀物料互相嚙合在孔口架橋成拱。粘結(jié)粘附拱：水分、靜電吸附導(dǎo)致粉料與倉壁粘附力增強(qiáng)成拱。氣壓平衡拱：卸料裝置密封不好