粉体密度及流动性ppt课件

第三章粉体密度及流动性,1,第一节粉体的密度,粉体的密度是指单位体积粉体的质量。粉体的密度根据所指的体积不同分为：真密度、颗粒密度、松密度,一、粉体密度的概念,2,1、真密度（truedensity)t材料在绝对密实状态下，单位体积的质量,是指粉体质量（w）除以不包括颗粒内外空隙的体积（真体积Vt）求得的密度。,t=w/Vt,3,2、颗粒密度（granuledensity)g,是指粉体质量除以包括开口细孔与封闭细孔在内的颗粒体积Vg所求得密度。,g=w/Vg,4,指粉体质量除以该粉体所占容器的体积V（堆积体积：包括颗粒体积及颗粒之间空隙的体积）求得的密度，亦称堆积密度(表观密度、容积密度)。,3、松密度（bulkdensity)b,b=w/V,5,填充粉体时，经一定规律振动或轻敲后测得的密度称振实密度（tapdensity）bt。,4、振实密度（tapdensity）bt,bt=w/V,若颗粒致密，无细孔和孔洞，则t=g一般：tgbtb,6,（一）真密度与颗粒粒度的测定：常用的方法是用液体或气体将粉体置换的方法。液浸法：采用加热或减压脱气法测定粉体所排开的液体体积，即为粉体的真体积。,二、粉体密度的测定方法,7,比重瓶法,测量原理：将粉体置于加有液体介质的容器中，并让液体介质充分浸透到粉体颗粒的开孔中。根据阿基米德原理，测出粉体的颗粒体积，进而计算出单位颗粒体积的质量。,比重瓶法测定基本步骤：,（1）比重瓶体积的标定（2）粉体质量的称量（3）粉体体积的测定,8,将粉体装入容器中所测得的体积包括粉体真体积、粒子内空隙、粒子间空隙等。测量容器的形状、大小、物料的装填速度及装填方式等均影响粉体体积。不施加外力时所测得的密度为松密度施加外力而使粉体处于最紧充填状态下所测得的密度是振实密度。,（二）松密度与振实密度的测定,9,松装密度测定装置一,(a)装配图,(b)流速漏斗,(c)量杯,10,松装密度测定装置二,(1)漏斗,(2)阻尼箱,(3)阻尼隔板,(4)量杯,(5)支架,11,空隙率（porosity）是粉体中空隙所占有的比率。粒子内空隙率内=（Vg-Vt）/Vg=1-g/t粒子间空隙率间=（V-Vg）/V=1-b/g总空隙率总=（V-Vt）/V=1-b/t,三、粉体的空隙率,12,在一定填充状态下，颗粒体积占粉体体积的比率,四、粉体的填充率,13,第二节粉体的流动性,粉体的流动性（flowability）与粒子的形状、大小、表面状态、密度、空隙率等有关。粉体的流动包括重力流动、压缩流动、流态化流动等。,一、粉体的流动性,14,15,粉体的摩擦角粉体流动即颗粒群从运动状态变为静止状态所形成的角是表征粉体流动状况的重要参数。由于颗粒间的摩擦力和内聚力而形成的角统称为摩擦角。,二、粉体流动性的评价与测定方法,16,休止角是粉体堆积层的自由斜面在静止的平衡状态下，与水平面所形成的夹角。用表示，越小流动性越好可视为粉体的“粘度”常用的测定方法：注入法排出法倾斜角法,1、休止角（安息角）(angleofrepose),p0凹液面:pl0ps=plp00,弯曲表面下的附加压力,56,特殊式（对球面）：,一般式（对不规则曲面）：,杨-拉普拉斯（Young-Laplace）公式,R1、R2是某一曲面上最大和最小曲率半径,57,毛细管作用力：毛细管插入液体中，管中液面呈凹形，曲面受到向上的附加压力，曲面下的液体受到的pp0，则管外液体被压入管中而使管内液面上升。,凹液面上升h高度后，液柱静压力与凹面附加压力ps相等而达平衡,58,曲率半径R与毛细管半径R的关系,毛细上升公式：,59,颗粒间液桥模型图,60,61,设毛细管压力作用在液面和球的接触部分的断面上，而表面张力平行于两颗粒连线的分量作用在圆周上，则液桥附着力由下式表示：,62,如颗粒表面亲水，当颗粒与颗粒相接触（a0），且100400时，则Fk（1.41.8）(颗粒颗粒)（颗粒平板）,63,对液体而言，满足如下定律：（1）压力与深度成正比即帕斯卡定律（2）同一液面上压力相等，即连通器定律,对粉体，Jassen作如下假设：（1）容器内的粉体层处于极限应力状态；（2）同一水平的垂直压力恒定；（3）粉体的基本物性和填充状态均一，故内摩擦系数为常数,第四节粉体压力计算,一、Janssen公式,64,取h深处的微元层作为研究对象，当其受力平衡时，在铅垂方向作受力分析为,65,取h深处的微元层作为研究对象，当其受力平衡时，在铅垂方向作受力分析为,根据极限莫尔圆原理及假定1，对非粘性粉体，有,将上式整理后得,66,积分后得：,67,根据边界条件可知，当时时，得：,即：深度为时，粉体铅垂压力与高度的关系为：,代入得：,68,水平压力,若粉体层的上表层有外载荷p0存在，则：时，此时：,69,二、料斗（锥体）的压力分布*,70,以料斗的圆锥顶角为坐标原点，建立如图所示的直角坐标系。取料斗中的微元，对该微元作垂直方向上的力平衡。先求与壁面垂直方向上单位面积的压力,沿壁面长度方向上的摩擦力为：,71,单元体部分粉体沿垂直方向的力平衡：,整理后得：,式中：（与料斗形状、壁材料、粉体性质有关）,72,边界条件：,（1）若外压为0，即：时，有：,73,（2）若外压不为0，即：,74,粉体之所以会流动，是由于平衡条件被破坏后，粉体层沿剪切面的滑动和平移。,三、粉体的重力流动,整体流漏斗流,75,仓内粉体重力流动状态和模式,（一）流动状态,D：颗粒自由降落区,C：颗粒垂直运动区,B：团块运动区,A：为颗粒擦过B区向出口区中心方向迅速滚落区,E：颗粒不流动区,除了E区以外，凡处于大于安息角位置的颗粒均产生流向中心的运动,76,仓内整个粉体层能够大致上均匀流出，这种流动型式称为整体流。,1、整体流,77,（1）符合“先进先出”的运动特点，减少贮存期物料的结块、变质、偏析等问题，而且不同批次、高度的物料层基本无交叉；（2）减少不稳定流动，使粉体的密度基本保持恒定，有利于计量（3）仓壁陡峭（4）仓壁磨损,整体流的特点,78,2、漏斗流,只有料仓中央部分产生流动，流动区域呈漏斗状，使料流顺序紊乱，甚至有部分粉体停滞不动,79,漏斗流的特点,特点：（1）先入后出；（2）引起偏析、突然涌动、物料容重发生变化，会造成因贮存而结块等后果，但对那些不会结块或不会变质的物料，且卸料口足够大，可防止搭桥或穿孔的许多场合，漏斗流料仓可以满足要求；（3）是局部流动，减少了料仓的有效容积，易发生塌落、结拱等不稳定流动，操作控制较难。,80,四、颗粒贮存和流动时的偏析,1.偏析：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。,81,2.非粘性颗粒偏析的机理细颗粒的渗漏作用振动颗粒的下落轨迹料堆上的冲撞安息角的影响,82,五、防止偏析的方法,加料时，采取某些能使输入物