第三章 粉体力学课件.ppt

粉体力学 粉体在输送、储存中，粒子与粒子之间、粒子与器壁之间由于相对运动产生摩擦，构成粉体力学。 静力学：研究外力与粉体粒子本身的相互作用力（包括重力、摩擦力、压力等）之间的平衡关系，如粉体内的压力分布、休止角、内摩擦角、壁摩擦角等。 动力学：研究粉体在重力沉降、旋转运动、输送、混合、储存、粒化、颗粒与流体相互作用等过程中的粒子相互间的摩擦力、重力、离心力、压力、流体阻力以及运动状态如粉体流动性、颗粒流体力学性质等。 粉体的摩擦特性 摩擦特性：指粉体种固体粒子之间以及粒子与固体边界表面因摩擦而产生的一些特殊物理现象以及由此表现出的一些特殊的力学性质。 由于颗粒间的摩擦力和内聚力而形成的角统称为摩擦角。 内摩擦角、安息角、壁摩擦角、运动摩擦角 1、粉体中的应力和应力平衡： 假设：粉体层完全均质；粉体为整体连续介质；粉体中微元体上的应力状态： 粉体中任一点都可以作三个互相垂直的面，经过这三个面传递三个主应力：最大主应力、最小主应力、中间主应力。没有剪应力的面叫主平面，作用于该面上的垂直应力叫主应力。 规定：压应力为正，拉应力为负。（粉体主要受压）。剪应力逆时针为正，顺时针为负。 对粉体通常视为平面应力系统，即忽略中间应力。 粉体的内摩擦角：在粉体层中，压应力和剪切力之间有一个引起破坏的极限。即在粉体层的任意面上加一定的垂直应力?，若沿这一面的剪应力逐渐增加，当剪应力达到某一值时，粉体沿次面产生滑移，而小于这一值的剪应力却不产生这种现象。 莫尔（mohr）圆 根据莫尔理论，在粉体层中某点的压应力?，剪应力?，可用最大主应力?1、最小主应力?3以及?、?的作用面和?1的作用面之间的夹角?来表示。 莫尔圆的图解法 取on=?1，ok= ?3，以om=(?1+ ?3)/2为圆心，km=(?1- ?3)/2为半径作圆即可。 与?1的作用面成?角面上的应力?的大小为oq，其方向为pn。?的大小为pq，方向为pk，合力?的大小为op，其方向和?的作用方向成?角（?pok)。粉体层的破坏是当?角为最大时发生。 内摩擦角的确定 （1）三轴压缩试验 破坏包络线：同种粉体所有极限莫尔圆的公切线。表示极限平衡条件下，垂直应力与剪应力对应的关系。 确定粉体的内摩擦系数和初始抗剪强度。 内摩擦角：破坏包络线与?轴的夹角??i即为该粉体的内摩擦角。 直剪试验 方法：把圆形盒或方形盒重叠起来，将粉体填充其中，在铅垂压力?的作用下，再在上盒或中盒上施加剪切力?，逐渐加大剪切力，使重叠得盒子错动。通过测定错动瞬间的剪力，得到?与?的关系。 破坏包络线方程： ? = ?tan?i + C = ?i? + C 上式为Coulomb公式，式中内摩擦系数为?i=tan?i,呈直线性的粉体为库仑粉体。 C=0，简单库仑粉体，也叫无附着性粉体，初始抗剪强度为零，具有不团聚、不可压缩、流动性好且与粉体预压缩应力无关。 C≠0，初抗剪强度不为零，具有团聚性、可压缩性。 有的粉体在?值小的区域不再保持直线： 安息角（休止角、堆积角） 指粉体自然堆积时的自由表面在静止状态下与水平面所形成的最大角度。 用来衡量和评价粉体的流动性（粘度）。 两种形式的自然休止角： 注入角法：将粉体从一定高度注入足够大的平板上形成的休止角。 排出角法：去掉堆积粉体方箱的某一侧壁，则残留在箱内的粉体斜面的倾角即为休止角。 对于无附着性的粉体而言，安息角与内摩擦角在数值上几乎相等，但实质上是不同的。 休止角的两种形式 影响休止角的因素：测定方法、粉体均匀程度、颗粒形状、填充情况、外部干扰等 堆积状态与休止角 壁摩擦角与滑动摩擦角 壁摩擦角：指粉体层与固体壁面之间摩擦角。它的测量方法和剪切试验完全一样。剪切箱体的下箱用壁面材料代替，再拉它上面装满了粉体的上箱，测量拉力即可求得； 滑动摩擦角：让放有粉体的平板逐渐倾斜，当粉体开始滑动时平板与水平面的夹角。 壁摩擦角的测定装置 运动摩擦角 粉体在流动时空隙率增大，这种空隙率在颗粒静止时可形成疏填充状态、颗粒间相斥等，并对粉体的弹性率产生影响。 目前还无法分析这种状态下的摩擦机理，通常是通过测定运动内摩擦角来描述粉体流动时的这一摩擦特性。 运动摩擦角指粉体流动时所表现出来的摩擦特性。 运动摩擦角的测定 用直剪试验：随着剪切盒的移动，剪切力渐渐增加，当剪切力达到不变时的状态即所谓动摩擦状态，这时所测得的摩擦角称运动摩擦角，亦称动内摩擦角。 将剪切试验的结果构成坐标系得到剪切轨迹。与?轴的夹角为动内摩擦角，在?轴上的截距也反映了内聚力的大小。 什么是粉体的内摩擦角？如何测定？ 什么是粉体的安息角、壁摩擦角和滑动摩擦角？ 颗粒间的静电作用力：在干燥空气中大多数颗粒是自然荷电的。有三种途径： 颗粒在生产过程中由表面摩擦带电； 与