第5章粉体的流变学要点解析.ppt

第5章　粉体的流变学 主要内容 1.粉体的摩擦角 2.粉体受的力 3.粉体的压力计算 4.粉体的重力流动 5.粉体的流动分析 6.整体流料仓设计 7.粉体储存和流动时的偏析 5.1.1?? 粉体的内摩擦角 破坏包络线：在粉体层中，压应力和剪应力之间有一个引起破坏的极限。求极限剪应力和垂直应力的关系时，用所谓的破坏包络线法。 粉体的内摩擦角：颗粒间的摩擦力和内聚力而形成的角统称为摩擦角，也可用应力表示。公式为： ??? 2.内摩擦角的确定 (1)三轴压缩试验 如图5-4所示将粉体试料填充在圆筒状橡胶薄膜内，然后用流体侧 ?向压制。用一个活塞单向压缩该圆柱体直到破坏，在垂直方向获得最大主应力，同时在水平方向获得最小主应力，这些应力对组成了莫尔圆。以砂为例的测定值见表5-1所示。 ? ? ? ? ? ? 图5-4 三轴压缩试验原理和试料的破坏形式  图5-5 三轴压缩试验的例子 表5-2 直剪试验的例子 几种特殊的内摩擦角 1.安息角 2.壁面摩擦角 3.滑动摩擦角 4.运动角 作业题 1.粉体三轴压缩试验结果如下表 画出莫尔圆，求破坏包络线，内摩擦系数和附着力 2.对于库仑粉体进行直剪试验在极限应力下，当垂直应力为78.30和105kPa时，相应的剪切应力为72.46和90.35kPa，求（1）此粉体的附着力和内摩擦角，（2）当剪切应力为50 kPa时，垂直应力为多少？ 5.1??????? 附着力 （1）?? 分子间的作用力 附着力原因：粉体粒子分子间相互间的分子力。 分子间作用力的大小：半径分别为R1及R2的两个球形颗粒FM为： 球与平板的力为： 5.3粉体压力计算 1圆筒研究模型：圆筒形容器里的粉体，取很薄的一层ABCD来进行研究，作用于圆片上的力为：上部的压应力P,薄层的重力Mg，方向向下；下部的支持力P+dP,摩擦力f，方向向上 平衡时，有 5.4??????? 粉体的重力流动 5.4.1 粉体从孔口中流出 直筒型料仓颗粒运动:图表示颗粒运动的轨迹，I部分作垂直均匀移动。II部分是颗粒向孔口移动，移动的方向已偏离垂直方向。Ⅲ部分颗粒快速下移。Ⅳ部分完全不移动。 速度分布：颗粒速度分布如图看出，在III部分速度较大。 5.4.2 粉体在料仓中的流动模式 （1?）漏斗流 这种流动有时还称为“核心流动”。发生在平底的料仓中或带料斗的料仓中，由于这种料斗的斜度太小或斗壁太粗糙以至颗粒料难以沿着斗壁滑动，颗粒料是通过不流动料堆中的通道到出口的，通道是圆锥形的，当通道从出口处向上伸展时，它的直径逐渐增加，如图所示。 5.5???? 颗粒流动分析 5.5.1????????? 流动分析中使用的特性 (1)?? 粉体的屈服轨迹YL 实验测定:低压下松散颗粒的破坏包络线与直线偏离相当大，该轨迹也不随σ值的增加而无限增加，却终止在某个点E；这条破坏包络线称为粉体的屈服轨迹。 5.5.2?? 流动与不流动的判据 5.6 整体流料仓的设计 (1)料仓的容量 粉体在料仓内堆积时形成休止角φr,它的存在，是料仓产生容量损失，设计时应考虑。 (2)整体流料 仓中的料斗必须足够陡峭，使粉体物料能沿斗壁流动，而且开口也要足够大以防止形成料拱；另外，任何卸料装置都必须在全开的卸料口上均匀卸料。 5.7 颗粒贮存和流动时的偏析 定义：粉体颗粒在运动、成堆或从料仓中排料时，由于粒径、颗粒密度、颗粒形状、表面性状等差异，粉体层的组成呈不均质的现象称为偏析 偏析的表现：颗粒的粒度、颗粒的密度、颗粒的形状、颗粒弹性变形、颗粒的安息角和颗粒的粘度。 （1）粉体偏析的机理 1）细颗粒的渗漏作用 2）振动 3）颗粒的下落轨迹 4）料堆上的冲撞 5）安息角的影响 （2）防止偏析的方法 1）在加料时，采取某些能使输入物料重新分布和能改变内部流动模式的方法。有活动加料管和多头加料管活动的加料管由一个固定的偏转装置和一个料流喷管组成。 2）卸料时，改变流动模式以减少偏析，如多通道卸料管 (3)卸料口径 结拱的临界条件为FF=ff，即 =fc。而形成整体流动的条件为FF＞ff，即fc＜ 。如以fc crit表示结拱时的临界开放屈服强度，则可写成fc crit= 得料斗开口孔径为 具体步骤如下 (1)对粉体进行剪切测定，在σ-τ坐标系中画出EYL和YL，求出δ，fc，φr (2)进行筒仓和斗仓的压力分析 (3)在σ-τ坐标系中的摩尔圆上确定fc和σ1，画出FF曲线，同时根据δ和选定料斗的半顶角θ画出ff曲线。找出ff=FF的交点，得到fccrit,计算出B 2? 料斗的压力分布 倒锥形料斗的粉体压力可参照圆筒进行推导。如图（a）所示，以圆锥顶点为起点，取单元体部分粉体沿铅垂方向力平衡。图（