3 第三章-粉体静力学-3[1].30.ppt

粉体力学与工程第三章粉体静力学 上海理工大学动力工程学院化工过程机械研究所李生娟Tel 55270936Email usstshenli 3 1莫尔应力圆 1 粉体的应力规定粉体微元体各受力面各作用力应力张量微元体取力矩得切应力互补原理 第三章 2 莫尔应力圆 a 莫尔应力圆 mohr 的物理意义粉体受力小时外观无变化 因颗粒的附着力和摩擦力等产生与之相平衡的内应力 当受力大到某一极限值时 粉体层就会发生突然崩裂 粉体层会沿此受力面发生滑移 崩裂前的临界状态称为极限应力状态 以 P 0 为圆心 以R为半径的圆 第三章 此极限应力状态用一对正应力 切应力来表征 莫尔应力圆 b 粉体内任意平面上的应力 莫尔应力圆上的点 第三章 c 主应力 第三章 粉体力学与工程 主应力随着与x轴夹角的变化而变化 求极值 对前式求导有最大主应力和最小主应力 3 2莫尔 库仑定律 莫尔 库仑定律就是粉体处于临界流动状态时 粉体内滑移面的应力分析 在前面的剪切试验中 粉体瞬时错动时的 正应力 剪应力 即可做出一条临界流动曲线 称为破坏包络线 IYF线 破坏包络线的方程式 粉体力学与工程 第三章 莫尔 库仑定律 粉体内某一点的莫尔应力圆与IYF线相切 粉体处于临界流动或流动状态 这一流动条件称为莫尔 库仑定律 用莫尔应力圆来描述库仑定律 粉体力学与工程 b线 相切 发生滑移 a线 相离 静止 c线 相割 不存在 第三章 3 3壁面最大主应力方向 1 滑移条件粉体内摩擦角 滑移条件IYF线壁面摩擦角 壁面滑移条件WYF线WYF线与临界流动的摩尔圆相割 WYF线在IYF线下四个壁面应力状态点 2 最大主应力方向 3 4朗肯应力状态 1 朗肯主动应力状态粉体装在两无限大平板间 平板向外移动 粉体将向外流动或有此倾向 此时粉体受重力作用 将要出现崩坏时的极限应力状态 朗肯主动应力状态 主动态active 2 朗肯被动应力状态 粉体在两无限大平板间 平板向内移动 粉体将向内移动或有此倾向 粉体受水平方向压缩 粉体将沿斜上方被推开 此时的极限应力状态 朗肯被动应力状态 被动态passive 3 朗肯应力系数 主动态被动态 填料过程 主动应力态卸料过程 被动应力态 3 5粉体应力的Janssen近似分析 1 粉体的应力分布方程 柱体 圆柱料仓 取微元柱体 柱坐标 r z Janssen假设 1 应力在水平面内均匀分布 2 水平和垂直方向的应力为主应力 粉体的应力分布方程 2 粉体的应力分布方程 锥体 锥形料斗 分析步骤同柱体 选取柱坐标 坐标系Janssen假设微元体力平衡结合库仑定律 应力关系 得到方程解方程得到锥体应力分布式分析渐近值 3 Walters转换应力 工业单元操作中 常利用Janssen应力分析方法 加上适当的安全系数 设计粉体的储运设备 但有时设备的破坏发生在排料的瞬间 即在排料的瞬间设备所受应力 Janssen分析应力 Walters转换应力 Walters转换应力指 当粉体从上向下流动时 粉体的应力状态从朗肯主动态转变为被动态 主动态部分的应力 初始应力为0 转换面 z H 的应力 即为被动态部分的初始应力 y是从转换面开始的高度 被动部分的应力分布图3 24 应力在转换面突增 随内摩擦角增加而增加 4 料仓应力分析 1 料仓的定义和种类料仓又称为存仓或贮仓 一般指存放大量松散固体物料的构筑物 有混凝土 钢制 铝制等 从工程功能上区分 筒仓 主要用于较长时间 数周 月 量大的贮藏 为大型的筒形容器 料斗 作工序间物料量变化时调整用 贮藏时间较短 数小时 日 是兼作料斗用的容器 漏斗 不做贮藏用 主要用作料流方向和速度的调节 底部制成圆椎形 棱锥形或切缝状料仓是筒仓 料斗 漏斗的总称 2 料仓的使用要求 a 粉体物料不发生偏析和分离现象 b 无附着 死区物料少 很高卸空率和连续稳定的卸料性能c 装料容易 排料畅通 利用重力 不添加特殊给料装置 d 当储存大量物料时 单位面积的存储量要大f 要保持一定温度 可长时间保持储存物料的原有质量 g 装填系数要高 可方便容易对存储量进行检测和显示 粉体颗粒在运动 堆积及从料仓中排料时 由于粒径 颗粒密度等差异 粉体层的组成呈现不均质的现象 粒度分布宽的自由流动粉体中常发生 粒度小于70微米的物料少发生 粘性粉料一般不会发生 但包括粘性 非粘性两种成分时可能发生 影响因素 粒度 密度 形状 弹性变形 安息角 黏度 2 料仓的使用要求 h 防止仓内结拱等阻塞故障发生 防止仓内块状物料啮合 附着性物料的结皮黏附 i 对溢流性很强的粉体物料可防止喷流 j 可防止外漏粉尘污染环境 防止粉尘爆炸 k 当处理特殊物料时 如脆性 附着性很强 飞散性很强 对温度敏感的物料等 有措施 l 当向高压和真空场所供料时没有任何问题 m 动力消耗小 维修简单 使用寿命长 3 料仓的功能 基本功能 存储 给料 中转散体物料特殊功能 反应器功能 化工过程中 粉体物料与气体反应时 料仓兼做反应器 物料以一定速度和稳定的整体流向下运动 气流向上穿过粉体并与之反应 集尘料斗 各种收尘器 电 袋 旋风收尘器等 的下方设计临时存粉尘的小型料斗 再通过输送装置 如分格轮 螺旋输送机等 将粉尘输送到处理装置中 密封排料装置 在水泥立窑下部排料部分 常装有 三道闸门 排料装置 即三个具有重力翻板阀作用的小斗仓 顺序存料 排料 以便保证在排料过程中冷空气不至于漏入立窑中影响熟料煅烧 4 料斗的应力分析 柱体部分 郎肯主动态 式 3 80 3 82 锥体部分 朗肯被动态 3 5 2锥体应力分析 式 3 89 3 91 交接处 转换面 Walters转换应力 本章小结 粉体静力学 莫尔应力圆莫尔 库仑定律朗肯应力状态Janssen应力分析料