物理3粉體靜力學(xué)及粉體流動(dòng)課件

1、3 粉體靜力學(xué)及粉體流動(dòng)3.1 粉體的壓力計(jì)算3.2 粉體貯倉(cāng)的容積計(jì)算3.3 粉體的壓縮3.4 粉體流動(dòng)結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單第1頁，共55頁。3.1 粉體的壓力計(jì)算結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單粉體力學(xué)分體在輸送、儲(chǔ)存中。粒子與粒子之間、粒子與器壁之間由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦，構(gòu)成粉體力學(xué)。靜力學(xué)：研究外力與粉體粒子本身的相互作用力(重力、摩擦力壓力等)之間的平衡關(guān)系，如粉體內(nèi)的壓力分布、休止角、內(nèi)摩擦角、壁摩擦角等。動(dòng)力學(xué)：研究粉體在重力沉降、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、輸送、混合、儲(chǔ)存、?；?、顆粒與流體的相互作用等過程中的粒子相互之間的摩擦力、重力離心力、

2、壓力、流體阻力以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如粉體流動(dòng)性、顆粒流體力學(xué)性質(zhì)等。第2頁，共55頁。3.1 粉體的壓力計(jì)算了解堆積狀態(tài)下的粉體層壓力分布是倉(cāng)料設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。(1) 容器內(nèi)的粉體層處于極限應(yīng)力狀態(tài)；（受力最大狀態(tài)）(2) 同一水平面的鉛垂壓力相等；(水平和垂直方向的應(yīng)力是主應(yīng)力)(3) 粉體物性和堆積結(jié)構(gòu)均一，（內(nèi)摩擦系數(shù)為常數(shù) i=常數(shù)）。式中：B粉體的表觀密度，kg/m3； DT圓筒容器內(nèi)徑，m； w粉體的內(nèi)摩擦系數(shù)。hdhwKaPv3.1.1 圓筒形容器粉體層壓力分布 (詹森Janssen公式)結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單第3頁，共55頁。3.1.1 圓筒形容器粉體層壓力分

3、布當(dāng)h=0時(shí)， Pv=0，故得積分常數(shù)hdhwKaPv結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單第4頁，共55頁。3.1.1 圓筒形容器粉體層壓力分布當(dāng)h時(shí)，粉體壓力飽和現(xiàn)象 hdhwKaPv結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單4wKa=0.350.9，取4wKa=0.5，h/DT=6,則Pv/P=0.95。第5頁，共55頁。3.1.1 圓筒形容器粉體層壓力分布當(dāng)h=0， Pv=P0 時(shí)，故得積分常數(shù)結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單此外，德國(guó)學(xué)者(Reimbert),假定Ka不是常數(shù)做了公式推導(dǎo)，得出的曲線，也得到了應(yīng)用。hdhwKaPv第6頁，共

4、55頁。3.1.2 料斗的壓力分布沿壁面的摩擦力為：垂直方向上的力平衡：結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單Hydy第7頁，共55頁。3.1.2 料斗的壓力分布化簡(jiǎn)后得：令則有齊次微分方程當(dāng) y=H 時(shí)，Pv=0 積分可得：結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單Hydy第8頁，共55頁。3.1.2 料斗的壓力分布Hydy當(dāng) y=H 時(shí)，Pv=Pv0 積分可得：當(dāng) y=H 時(shí)，Pv=0 積分可得：結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Pv/B y/H0.2 0.4 0.6 0.8 1.0=0=0.5=1=2=

5、5第9頁，共55頁。倉(cāng)內(nèi)壓力分布實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明：大型筒倉(cāng)的靜壓分布同詹森公式理論值基本一致，但卸載時(shí)壓力有顯著的脈動(dòng)，離筒倉(cāng)下部約1/3高度處，壁面受到?jīng)_擊、反復(fù)載荷的作用，其最大壓力可達(dá)到靜壓力的34倍。這一動(dòng)態(tài)超壓現(xiàn)象，使得大型筒倉(cāng)產(chǎn)生變形或破壞，設(shè)計(jì)時(shí)要加以考慮。德國(guó)學(xué)者Rimbert假設(shè)Ka不是常數(shù)，得出了雙曲線型應(yīng)力分布，也用于筒倉(cāng)的設(shè)計(jì)中。第10頁，共55頁。倉(cāng)內(nèi)壓力分布當(dāng) y=0 時(shí)，Pv=0而粉體都有固結(jié)強(qiáng)度，結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單第11頁，共55頁。3. 2 粉體貯倉(cāng)的容積計(jì)算貯倉(cāng)：筒倉(cāng)、料斗、漏斗確定損失系數(shù)圖紅線為圓筒黑線為棱柱損失系數(shù)曲線

6、圓筒形貯倉(cāng)的VL結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單4.03.83.63.43.23.02.82.62.42.22.01.00.90.80.70.60.50.40.30.2.0100 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0a/R 或 b /L第12頁，共55頁。3. 2 粉體貯倉(cāng)的容積計(jì)算貯倉(cāng)：筒倉(cāng)、料斗、漏斗確定損失系數(shù)圖紅線為圓筒黑線為棱柱損失系數(shù)曲線棱柱形貯倉(cāng)的VL棱柱形貯倉(cāng)的VL4.03.83.63.43.23.02.82.62.42.22.01.00.90.80.70.60.50.40.30.20.100 0.1 0.2 0.3

7、 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0a/R 或 b /L第13頁，共55頁。漏斗部分的立體角貯倉(cāng)：筒倉(cāng)、料斗、漏斗結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單第14頁，共55頁。3.3 常用料位計(jì)及其測(cè)試原理工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中料位是主要測(cè)量參數(shù)之一，隨著工藝要求的提高，料位作為一個(gè)重要的過程參數(shù)日益引起大家的關(guān)注。料位測(cè)量的方法很多，通常分為接觸式測(cè)量?jī)x表（重錘式、電容式、音叉式、阻旋式等）和非接觸式測(cè)量?jī)x表（射線式、超聲波式、雷達(dá)式等）。由于接觸式測(cè)量?jī)x表受被測(cè)介質(zhì)物理及化學(xué)性質(zhì)的影響很大，且均為定長(zhǎng)產(chǎn)品互換性較差；而非接觸式儀表基本不受被測(cè)介質(zhì)物理及化學(xué)性質(zhì)的

8、影響或影響較小，有逐步取代接觸式測(cè)量?jī)x表的趨勢(shì)。第15頁，共55頁。(1) 電容式料位計(jì)原理是插入料倉(cāng)中的電極與料倉(cāng)壁之間構(gòu)成電容器，當(dāng)倉(cāng)內(nèi)物料料位變化引起電容量的變化時(shí)，通過轉(zhuǎn)換電路得到相應(yīng)的控制信號(hào)。因?yàn)殡娙萘渴沁B續(xù)變化的，因此該料位計(jì)可以用作連續(xù)式料位測(cè)量，也可用作料位開關(guān)，作為報(bào)警或喂料、卸料設(shè)備的輸入信號(hào)。若用作連續(xù)料位檢測(cè)，測(cè)量精度不高，故通常用作料位開關(guān)。在水泥倉(cāng)、煤倉(cāng)、粉塵倉(cāng)、灰倉(cāng)、水池、油罐、發(fā)酵罐等物位的監(jiān)控中已經(jīng)被大量使用。優(yōu)點(diǎn)：無機(jī)械磨損，安裝維修方便；依據(jù)量程大小和控制方式不同，電極設(shè)計(jì)成桿（棒）式或鋼纜（重型鋼纜）式，可應(yīng)用于各種料倉(cāng)；價(jià)格較低。缺點(diǎn)：若電極（探頭）

9、上或倉(cāng)壁粘有物料，往往會(huì)導(dǎo)致控制器誤動(dòng)作，從而影響測(cè)量效果，應(yīng)定期檢查探頭和料位開關(guān)動(dòng)作情況并校驗(yàn)。第16頁，共55頁。圖3-9 非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測(cè)量1內(nèi)電極；2外電極；3絕緣套；4流通小孔圖3-23 電容式料位計(jì)1-金屬電容；2-測(cè)量電極；3-輔助電極；4-絕緣套電容式料位計(jì)原理圖第17頁，共55頁。射頻導(dǎo)納料位計(jì)射頻導(dǎo)納物位控制技術(shù)是一種從電容式物位控制技術(shù)發(fā)展起來的，防掛料、更可靠、更準(zhǔn)確、適用性更廣的物位控制技術(shù)，“射頻導(dǎo)納”中“導(dǎo)納”的含義為電學(xué)中阻抗的倒數(shù)，它由阻性成分、容性成分、感性成分綜合而成，而“射頻”即高頻，所以射頻導(dǎo)納技術(shù)可以理解為用高頻測(cè)量導(dǎo)納。高頻正弦振蕩器輸出一個(gè)穩(wěn)

10、定的測(cè)量信號(hào)源，利用電橋原理，以精確測(cè)量安裝在待測(cè)容器中的傳感器上的導(dǎo)納，在直接作用模式下，儀表的輸出隨物位的升高而增加。射頻RF，頻率范圍從300KHz30GHz之間。交變電流通過導(dǎo)體，導(dǎo)體周圍會(huì)形成交變的電磁場(chǎng)，稱為電磁波。在電磁波頻率低于100khz時(shí)，電磁波會(huì)被地表吸收，不能形成有效的傳輸，但電磁波頻率高于100khz時(shí)，電磁波可以在空氣中傳播，并經(jīng)大氣層外緣的電離層反射，形成遠(yuǎn)距離傳輸能力，我們把具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電磁波稱為射頻；射頻技術(shù)在無線通信領(lǐng)域中被廣泛使用，有線電視系統(tǒng)就是采用射頻傳輸方式。阻抗是電路中電阻、電感、電容對(duì)交流電的阻礙作用的統(tǒng)稱。第18頁，共55頁。(2)

11、 重錘式料位計(jì)料位探測(cè)過程由控制器發(fā)出的信號(hào)來控制，當(dāng)傳感器接到探測(cè)命令時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，經(jīng)蝸輪、蝸桿減速后帶動(dòng)齒輪軸和繞線筒轉(zhuǎn)動(dòng)，使鋼絲繩下放，帶動(dòng)重錘由倉(cāng)頂下降，當(dāng)重錘降至料面被測(cè)面托起而失重，鋼絲繩松弛，靈敏杠桿動(dòng)作使微動(dòng)開關(guān)接觸，控制器得到該信號(hào)即發(fā)出電機(jī)反轉(zhuǎn)命令，重錘上升返回，直到碰頂開關(guān)電機(jī)停轉(zhuǎn)，重錘回到倉(cāng)頂原位置完成一次探測(cè)過程。此過程中控制器通過檢測(cè)繞線筒的圈數(shù)計(jì)算出重錘從倉(cāng)頂?shù)搅厦娴木嚯x。該料位計(jì)適于塊狀、顆粒狀及粉狀的固態(tài)物位測(cè)量。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量不受介質(zhì)密度、顆粒大小的影響。缺點(diǎn)：機(jī)械內(nèi)部易落灰塵影響測(cè)量效果；機(jī)械磨損較嚴(yán)重，需經(jīng)常維護(hù)，花費(fèi)較大；重錘易發(fā)生被物料埋住現(xiàn)象，發(fā)生掉錘

12、頭、斷帶故障。(2) 重錘式料位計(jì)第19頁，共55頁。重錘式料位計(jì)原理圖測(cè)量不同類型的料位時(shí)為保證測(cè)量準(zhǔn)確、可靠，所配備的重錘外形及結(jié)構(gòu)是不同的。不同重錘外形及結(jié)構(gòu)見下圖所示：本重錘式料位計(jì)特別適用于水泥、冶金、煤碳、飼料、糧食、鋼鐵、電廠等行業(yè)，能在高溫(200以上)、大粉塵、濕度變化大等極端惡劣環(huán)境下準(zhǔn)確測(cè)量，還能用于測(cè)量液態(tài)物料、固-液分界面、液-液分界面的高度，在水泥倉(cāng)、煤倉(cāng)、粉塵倉(cāng)等料位的測(cè)量中被大量使用。第20頁，共55頁。阻旋式料位計(jì)是一種料位開關(guān)。它也有不同的檢測(cè)控制方式，如某產(chǎn)品的基本原理是同步微電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后，帶動(dòng)檢測(cè)葉片以2.55r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)被測(cè)物料的料位上升

13、使葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)受到阻礙時(shí)，檢測(cè)機(jī)構(gòu)便圍繞主軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位移。此位移首先使一個(gè)微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，發(fā)出有料位信號(hào)。隨后另一個(gè)微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，切斷電動(dòng)機(jī)電源使其停轉(zhuǎn)。只要此料位不變這種狀態(tài)便一直保持下去。當(dāng)料位下降至葉片失去阻擋時(shí)，檢測(cè)機(jī)構(gòu)便依靠彈簧拉力使其恢復(fù)原始狀態(tài)。一個(gè)微動(dòng)開關(guān)先動(dòng)作，接通電動(dòng)機(jī)電源使其旋轉(zhuǎn)，隨后另一個(gè)微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作發(fā)出無料信號(hào)，只要沒有物料阻擋檢測(cè)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，此種狀態(tài)也將一直保持下去。為防止使用中物料的沖擊，庫(kù)側(cè)安裝時(shí)應(yīng)在檢測(cè)葉片上方的料倉(cāng)內(nèi)壁上方安裝防護(hù)板；如采用加長(zhǎng)軸頂置垂直安裝時(shí)，則應(yīng)在軸套外安裝保護(hù)套筒。此種料位開關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、維護(hù)方便,多用作粉狀物料料倉(cāng)的料滿開關(guān)，但不

14、適合高溫下工作。(2) 阻旋(移)式料位計(jì)第21頁，共55頁。阻旋(移)式料位計(jì)優(yōu)點(diǎn)：開關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便；價(jià)格較低。缺點(diǎn)：不適合在高溫下工作。適用于水泥、冶金、煤碳、飼料、糧食、鋼鐵、電廠等行業(yè)，特別是在導(dǎo)電性物料、物質(zhì)屬性（狀態(tài)、濕度、介電常數(shù)、密度等）經(jīng)常改變、大粉塵等物料的限位報(bào)警應(yīng)用中表現(xiàn)出色，可用于固態(tài)物料的物位高度監(jiān)控，在水泥倉(cāng)、煤倉(cāng)、粉塵倉(cāng)、灰倉(cāng)等物位的監(jiān)控中已經(jīng)被大量使用。第22頁，共55頁。電阻式物位計(jì)(3) 稱重法 ：一定容積的容器內(nèi)，物料重量與料位高度應(yīng)當(dāng)是成比例的，因此可用稱重傳感器或測(cè) 力傳感器測(cè)算出料位高低。圖3-21為稱重式料位計(jì)的原理圖(4) 電阻式物位計(jì)：

15、在料位檢測(cè)中一般用作料位的定點(diǎn)控制，因此也稱作電極接觸式物位計(jì)。其測(cè)量原理示意圖如圖3-22所示。測(cè)量時(shí)物料上升或下降至某一位置時(shí)，即與相應(yīng)位置上的電極接通或斷開，使該路信號(hào)發(fā)生器發(fā)出報(bào)警或控制信號(hào)。圖 3-21 稱重式料位計(jì) 圖3-22 電極接觸式料位計(jì)1-支承； 2-稱重傳感器 1-絕緣套； 2、3、4=電極 5-信號(hào)器； 6-金屬容器壁 第23頁，共55頁。(5) 射線料位計(jì)射線料位計(jì)常用作料位開關(guān)。工作原理是在料庫(kù)的一側(cè)設(shè)置同位素源，在另一側(cè)設(shè)置探測(cè)器，同位素源向探測(cè)器定向發(fā)射射線，若庫(kù)內(nèi)料面低于它，探測(cè)器檢測(cè)得出料空信號(hào)；若庫(kù)內(nèi)料面高于它，則物料遮擋、吸收射線，探測(cè)器檢測(cè)得出料滿信號(hào)

16、。依據(jù)料倉(cāng)的形狀和工藝要求，射線料位計(jì)可安裝在不同的位置。它是非接觸式測(cè)量，常用于工作環(huán)境惡劣的大型混凝土料庫(kù)，如水泥熟料庫(kù)。此時(shí)，要求所用的同位素源強(qiáng)，常用Co60源，源強(qiáng)達(dá)50100mCi。(放射性強(qiáng)弱的物理量毫居里) 射線料位計(jì)還廣泛用在立窯的卸料料封控制上。優(yōu)點(diǎn)：日常運(yùn)行維護(hù)工作量小，操作簡(jiǎn)單；vanr_of依據(jù)料倉(cāng)形狀和工藝要求，射線料位計(jì)可安裝在不同位置。 缺點(diǎn)：放射源污染環(huán)境；放射源衰減使料位控制不可靠。 第24頁，共55頁。(6) 超聲波料位計(jì)的工作原理 超聲波物位計(jì)安裝在料位上方，自上而下用超聲波機(jī)型測(cè)距，頻率一般在20KHz40KHz之間。通過檢測(cè)料位到上方探頭的距離，來計(jì)

17、算料位。我們?cè)僬f一下超聲波測(cè)距，超聲波測(cè)距最普遍的方法是用一個(gè)超聲波探頭，給他一串高壓脈沖，使其向下發(fā)出3-20個(gè)超聲波脈沖，然后經(jīng)過一段靜音時(shí)間（為了消除探頭和儀表本身的余震，通常不超過1毫秒），轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)。當(dāng)探頭收到來自下面料位的回音后，根據(jù)發(fā)射-收到回音之間的時(shí)間差，乘以聲音速度（溫度是25度時(shí)聲速340米/秒），就能得出探頭與料位之間的實(shí)際距離。稍微專業(yè)一些的儀表還具備溫度補(bǔ)償功能（前提是氣溫溫度測(cè)量準(zhǔn)確、儀表本身發(fā)熱很少的前提下）。 優(yōu)點(diǎn)：安裝方便、工作可靠、維護(hù)量少；價(jià)格有競(jìng)爭(zhēng)性。缺點(diǎn)：超聲波必須借助于媒質(zhì)傳播，水泥廠的料位測(cè)量通常以空氣作為傳播介質(zhì)，而空氣的溫度、濕度等變化會(huì)影

18、響超聲波傳播速度，故在一些有溫度、壓力、蒸汽等場(chǎng)合，該料位計(jì)不能正常工作；料庫(kù)空氣中的粉塵也衰減超聲波信號(hào)，影響測(cè)量效果；由于粉倉(cāng)料位表面在下料時(shí)非常疏松，對(duì)超聲波信號(hào)有較強(qiáng)衰減，故對(duì)粉倉(cāng)料位的測(cè)量效果較差。第25頁，共55頁。(7) 導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)是依據(jù)時(shí)域反射原理(TDR)為基礎(chǔ)的雷達(dá)料位計(jì)，雷達(dá)料位計(jì)的電磁脈沖，導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)以光速沿鋼纜或探棒傳播，當(dāng)遇到被測(cè)介質(zhì)表面時(shí)，雷達(dá)料位計(jì)的部分脈沖被反射形成回波并沿相同路經(jīng)返回到脈沖發(fā)射裝置，發(fā)射裝置與被測(cè)介質(zhì)表面的距離同脈沖在其間的傳播時(shí)間成正比，經(jīng)計(jì)算得出液位高度。第26頁，共55頁。(8) 音叉式料位開關(guān)音叉式料位開關(guān)的工作

19、原理是通過安裝在音叉基座上的一對(duì)壓電晶體使音叉在一定共振頻率下振動(dòng)。當(dāng)音叉與被測(cè)介質(zhì)相接觸時(shí)，音叉的頻率和振幅將改變，這些變化由智能電路來進(jìn)行檢測(cè)，處理并將之轉(zhuǎn)換為一個(gè)開關(guān)信號(hào)。第27頁，共55頁。3.4 粉體的壓縮3.4.1 粉體壓縮分類：靜態(tài)壓縮：活塞緩慢運(yùn)動(dòng)加壓的模具壓縮、液壓壓縮。沖擊壓縮：振動(dòng)、錘擊、爆炸等方式壓縮。單面靜壓縮雙面靜壓縮滾輪對(duì)壓擠壓1 可動(dòng)沖頭 2 沖模 3 固定沖頭 4 壓縮粉體壓縮流動(dòng)示意圖結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單第28頁，共55頁。3.4.2 粉體的壓縮機(jī)理3.4.2 粉體壓縮機(jī)理顆粒間相互相互推擠、移動(dòng)、顆粒重新排列。能量用于克服顆

20、粒間摩擦。架橋崩潰，小顆粒進(jìn)入大顆?？障吨校糠诸w粒變形。能量用于克服顆粒間摩擦和起器壁的摩擦。顆粒凸凹部分破壞，產(chǎn)生嚙合，顆粒間具有一定強(qiáng)度。能量用于顆粒變形和殘余應(yīng)力儲(chǔ)存。少量顆粒破壞，堆積體的壓縮硬化趨于極限。若進(jìn)一步壓縮，顆粒破壞量加大。能量用于顆粒變形、硬化、破壞。重新排列塑性流動(dòng)粒子破碎第29頁，共55頁。3.4.3 壓縮應(yīng)力分布由于顆粒間存在著摩擦力和內(nèi)聚力，因此，粉體在壓縮過程中，應(yīng)力傳遞和分布是不均勻的，且十分復(fù)雜。 Boussinesq 球頭形壓力分布 Boussinesq 球頭形壓力分布 等壓線 /MPa 等堆積率線 /% 模具壓縮中的粉體壓力及堆積率的分布圓柱體施加無限

21、大粉體層的壓力分布Athy公式：0.8P0.4P0.2P0.15PP第30頁，共55頁。3.4.4 體積壓縮率3.4.4 體積壓縮率：結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單式中：粉體壓縮堆積空隙率； V0粉體初始堆積體積； V粉體在壓縮應(yīng)力 p 時(shí)的堆積體積； V粉體最致密堆積體積； =0 時(shí)的體積； ai、ki。 常數(shù)。Cooper提出：第31頁，共55頁。3.4.5 壓縮率與壓縮應(yīng)力之間的關(guān)系粉體壓縮應(yīng)力與壓縮率及空隙率之間的關(guān)系研究者V-p 的實(shí)驗(yàn)關(guān)系-p 的微分形式BalshinSmithBellhausesJonesAthyCooper川北第32頁，共55頁。3.5 粉

22、體的流動(dòng)3.5.1 重力流動(dòng)出料口流動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)橢圓體結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單D自由落區(qū)；C垂直運(yùn)動(dòng)區(qū)；B滑過E區(qū)向中心緩慢滑動(dòng)；A滑過B區(qū)向中心快速滑動(dòng)；E不動(dòng)區(qū)第33頁，共55頁。3.5.2 滑動(dòng)線出料口流動(dòng)狀態(tài)1. 主流動(dòng)區(qū)；2. 準(zhǔn)流動(dòng)區(qū)；3. 速度特性線；4. 滑動(dòng)線；5. 滯留區(qū)結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單0Z第34頁，共55頁。3.5.3 質(zhì)量流與漏斗流質(zhì)量流：料倉(cāng)內(nèi)整個(gè)粉體層能夠大致均勻地下降流出。這種流動(dòng)型式稱為質(zhì)量流(或整體流)。其特點(diǎn)是“先進(jìn)先出”，即先進(jìn)倉(cāng)的物料先流出。流動(dòng)性優(yōu)良的粉體或細(xì)粒散體一般可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流。漏斗流：

23、料倉(cāng)內(nèi)粉體層的流動(dòng)區(qū)域呈漏斗形，使料流順序紊亂，甚至有部分粉體滯留不動(dòng)，造成先加入的物料后流出，即“后進(jìn)先出”的后果。漏斗流：90-w(w為壁摩擦角)的，將形成如圖4.3(c)所示的死角區(qū)或相似管流的流型，粉體自料倉(cāng)卸出后還殘留一部分于倉(cāng)內(nèi)。漏斗流： 90-w時(shí)，由于料流傳播、擴(kuò)散極緩慢，雖然初期有圖4.3(c)所示那樣的滯留區(qū)，但通過流化床式的連續(xù)操作，最終將消失。 結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單第35頁，共55頁。3.5.4 動(dòng)態(tài)壓力粉體層的應(yīng)力狀態(tài) 主動(dòng)狀態(tài) 被動(dòng)狀態(tài) 應(yīng)力狀態(tài)的轉(zhuǎn)換結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單轉(zhuǎn)換處第36頁，共55頁。3.5

24、.5 孔口流出結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單孔口流出：粉體自容器底部孔流出時(shí)，其流量流出速度與粉體層高度的無關(guān) 。此乃粉體與液體明顯 的差別。流速與液高的關(guān)系 粉體的流量與層高的無關(guān) HhH第37頁，共55頁。3.5.6 偏析現(xiàn)象粉體的偏析 粉體流動(dòng)時(shí)，由于粒徑、顆粒密度、顆粒形狀、表面形狀等差異，粉體層的組成呈現(xiàn)不均質(zhì)的現(xiàn)象稱為偏折。粉體的滲流 由于靜止粉體層之上的時(shí)斷時(shí)續(xù)流動(dòng)的表面顆粒層顆粒間有間隙，又處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此。大小顆粒混合物中的小顆粒將鉆過大顆粒間間隙到達(dá)流動(dòng)顆粒層的下層，即到達(dá)靜止粉體層中，這現(xiàn)象稱為動(dòng)態(tài)粉體層顆粒間的滲流。粒度偏析 細(xì)顆粒堆積于近粉體供

25、料點(diǎn)處，而粗顆粒堆積于遠(yuǎn)離供料點(diǎn)處。 防止偏析的方法 基本的方法是盡可能將前述的 l 取得小些，這樣勢(shì)必要減小貯倉(cāng)的直徑，無法采用高度大的料斗以滿足設(shè)計(jì)所需容量。因此，可在容器內(nèi)設(shè)置同心狀和方格狀隔板以減小。另外，改變投料方法，同時(shí)設(shè)置擋板以改變流型，雖有一定效果但尚不太明顯。 結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單第38頁，共55頁。3.5.6 粉體的開放屈服強(qiáng)度及其流動(dòng)函數(shù)(1) 粉體的開放屈服強(qiáng)度結(jié)拱是粉體在儲(chǔ)運(yùn)過程中常見的問題，也就是粉體在一定壓力作用下0，具有一定的密實(shí)強(qiáng)度，此強(qiáng)度就是粉體的開放屈服強(qiáng)度。0為粉體密實(shí)所施加的主應(yīng)力； fc粉體的開放屈服強(qiáng)度。FF粉體的流

26、動(dòng)函數(shù)；(2) 粉體的流動(dòng)函數(shù)fc第39頁，共55頁。3.5.6 粉體的開放屈服強(qiáng)度及其流動(dòng)函數(shù)FF 值流 動(dòng) 性1凝結(jié)（如：過期水泥）12強(qiáng)附著性、流不動(dòng)（如：是粉末）24有附著性（干的、為過期水泥）410易流動(dòng)（濕砂）10自由流動(dòng)（干砂） fc=0時(shí)，F(xiàn)F，表示粉體完全自由流動(dòng)fc=0時(shí)，F(xiàn)F，表示粉體完全自由流動(dòng)(3) 粉體的開放屈服強(qiáng)度與流動(dòng)性的關(guān)系結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單第40頁，共55頁。(3) 粉體的開放屈服強(qiáng)度與流動(dòng)性的關(guān)系 類粉體不結(jié)拱；類粉體的fc=常數(shù)；類粉體fc隨0的增加而增加，即結(jié)拱強(qiáng)度隨預(yù)應(yīng)力0的增加而增加。結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04

27、八月 2022返回菜單第41頁，共55頁。3.5.7 粉體結(jié)拱應(yīng)力分析拱微元體的重量近似為在斜面垂直方向上的力在垂直方向上的合力結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單第42頁，共55頁。3.5.7 粉體結(jié)拱應(yīng)力分析式中的單位為角度。結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單第43頁，共55頁。3.5.7 粉體結(jié)拱應(yīng)力分析-1拱微元體的重量近似為在垂直方向上的合力式中：的單位為角度。結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單第44頁，共55頁。3.5.8 料斗流動(dòng)因數(shù)式中：1料斗內(nèi)粉體固結(jié)主應(yīng)力，MPa； 作用于料拱角最大主應(yīng)力，MPa； ff 料斗流動(dòng)因數(shù)。作

28、用于料拱角最大主應(yīng)力為 ：式中：B卸料口寬度，m； H()=(1+m)+0.01(0.05+m) m料斗形狀系數(shù)， 軸對(duì)稱圓錐料斗m=1；平面對(duì)稱的楔形料斗m=0。0 10 20 30 40 50 60 3.02.52.01.51.0圓形方形矩形L3B結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單第45頁，共55頁。3.5.9 料倉(cāng)卸料口徑的確定質(zhì)量流的條件：結(jié)拱的臨界條件為 ：式中：fc,crit結(jié)拱時(shí)臨界開放屈服強(qiáng)度，MPa。臨界點(diǎn)固結(jié)主應(yīng)力1作用于料拱角的最大主應(yīng)力臨界值fc,crit流動(dòng)區(qū)不流動(dòng)區(qū)第46頁，共55頁。3.5.9 料倉(cāng)卸料口徑的經(jīng)驗(yàn)公式Langmaid對(duì)于球，s/v

29、=6，則S/dsv=2.8；B/dsv=4.1；對(duì)于被粉碎的顆粒(形狀不規(guī)則) 大多s/v=10左右， 則 S/dsv=4.2；B/dsv=6.8。式中：i分體內(nèi)摩擦系數(shù)。Kvapil對(duì)于形狀不規(guī)則的顆粒，圓形孔口，B/dsv=6.15，邊長(zhǎng)為A的正方形孔口，A/dsv=7。結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單第47頁，共55頁。3.5.10 粉體拱的類型及防拱措施防止結(jié)拱的措施1. 改善料倉(cāng)的幾何形狀及尺寸；口徑大、頂角小、偏心卸料2. 降低料倉(cāng)粉體壓力；3. 減少料倉(cāng)壁摩擦阻力。倉(cāng)壁涂層、加聚乙烯防護(hù)粘板4. 振動(dòng)。倉(cāng)壁振動(dòng)器、倉(cāng)壁垂直插板、錘擊、空氣炮5. 防潮、防靜電、

30、改流體、射流器槍助流等.a 壓縮拱c 粘結(jié)粘附拱b 楔形拱d 氣壓平衡拱第48頁，共55頁。防止結(jié)拱的措施 拱的類型 防止的措施壓縮拱楔形拱粘結(jié)粘附拱靜電粘附拱氣壓平衡拱改善料斗幾何形狀卸料口大、斗頂角小AACCB偏心卸料斗CABDA降低粉體壓力減小料倉(cāng)直間隔ABCCB采用改流體ABCDB減少倉(cāng)壁摩擦阻力振動(dòng)BDCCC錘擊CBBBB充氣BDCCC改善倉(cāng)壁材料ACBDD排氣DDDDA防潮DDADD消除靜電DDDAD結(jié)束返回上頁下頁回主目錄04 八月 2022返回菜單第49頁，共55頁。防結(jié)拱辦法料倉(cāng)發(fā)生閉塞的原因較復(fù)雜，與物料的性質(zhì)、粒度、粒子形狀、真實(shí)重度、容重含水率、壓縮性、粘附性及帶電性有

31、關(guān)，同時(shí)還與料倉(cāng)的側(cè)壁形狀，壁面傾角和光滑度，磨擦阻力大小，排料口的大小等因素有關(guān)。料倉(cāng)防閉塞方法很多，簡(jiǎn)述如下：1.在倉(cāng)內(nèi)吹入壓縮空氣，使物料流動(dòng)性增加。2.料倉(cāng)內(nèi)壁面敷設(shè)橡膠板，在橡膠板及倉(cāng)壁之間間隙通入壓縮空氣，使物料形成類似呼吸作用，造成物料流動(dòng)擠出。3.在料倉(cāng)內(nèi)設(shè)置機(jī)械搗棒或機(jī)械攪拌裝置。4.在料倉(cāng)易閉塞處，開設(shè)人孔或手孔。5.放炮，爆炸破拱（此法危險(xiǎn)性太大）。6.在倉(cāng)壁外安設(shè)振動(dòng)器，振動(dòng)破拱防閉塞。以上這些方法中，以在倉(cāng)壁安設(shè)振動(dòng)器的方法最佳?？梢栽诹蟼}(cāng)外壁上產(chǎn)生振動(dòng)的方法很多，如：氣動(dòng)活塞，機(jī)械振動(dòng)，電磁振動(dòng)，振動(dòng)電機(jī)振動(dòng)等等。在這些方法中，除采用電機(jī)振動(dòng)外，其它方法均存在有噪音大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，壽命短等缺點(diǎn)。第50頁，共55頁。布辛尼斯克Boussinesq 布辛尼斯克（也譯作布辛涅斯克）（Joseph Valentin Boussinesq，18421929)法國(guó)著名物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家。約瑟夫瓦倫丁布辛尼斯克于1842年3月13日生于法國(guó)Saint-Andre- de-Sangonis，1929年2月19