第五章-粉体储存

1、第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,第一节,仓内粉体重动流动,在料仓研究中，一直是以质量和强度两个方面为主要,研究内容，但在使用中常碰到的困难却是仓内粉体流动的,不稳定，时快时慢，都是结拱堵塞，有时中央穿孔而周围,物料停滞不动，还有分料也是料仓中常出现的现象，为了,从根本上解决这些问题，必须对这几个方面做深入的研究,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,一、流动椭圆体,在排料口附近的料流状态如图表面粒子层,A,滚,落向中心集中，其下层则比较缓慢地向,中央,集中,B,层下面则为固定不动的区域,E,换言之，除了,E,之外，凡是处于大于休止角,的粒子均流向中央区集中，而迅速下落至,D,处,D,

2、处粒子毫无阻力的最先流出，可以认为交,界面构成了椭圆体，其长轴是垂直的，该体,内的料流是团块性的,C,本是一个较小的椭圆,体，实际证明其体积约为前者的,图表,a,厚德,博学,笃行,创新,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,上述两个流动的椭圆体如图,b,流动的椭圆体在椭圆体内产生垂,直移动和滚动两种运动,松动的椭圆体在所谓边界椭圆体,之外是没有物料运动的，而椭圆,体的形成过程取决于物料的性质,图表,b,厚德,博学,笃行,创新,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,二、整体流（群流）与漏斗流及其判别,从上述对椭圆体流动区域分析可以看出，料,仓里粉体流动应该按照椭圆体流动的那样才是,理想的情况，当

3、料仓中粉体象流体流出一样对,称为整体流动,图,5.5a,只在料仓中央部分形,成料流，流动的区域呈漏斗状，其他区域的物,料停滞不动称漏斗流。如图,5.5b,所示，显然在,工业应用中整体流的性能优于漏斗流，在相同,的条件下整体流增加了有效面积，因此整体流,是我们料仓设计的最佳结果,通过实验不就推出在有效内摩擦角下，料斗,半径角与壁摩擦角之间确定整体流的条件可查,如图,4.8,进行判别,按内摩擦角的分析，漏斗,壁与水平的倾角，有对硅酸盐粉料实测有,即,厚德,博学,笃行,创新,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,第二节,粉体在料仓内的偏析,厚德,博学,笃行,创新,粉体在流动之际，由于颗粒密度、形状、

4、大小、表面特征的差,异，在不同的地点，呈现粉体层的组成不一致的现象成为偏析,在一般的料仓中，大多数情况是装一种物料，即使几种物料，他,们的密度也相差不大，而粒度却高达成百上千倍，所以在料仓中,的粒度偏析是主要的，分析其偏析机理主要有,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,1,附着分料偏析,粉体进入料仓时，由于存在一定落差，在沉降过程中沉速不,同，粗粒与细粒就会分开，细粒附着在仓壁上，当受外力振动,时，附层剥落，致使料仓卸料粒度分布发生前后波动，随振动,情况，此现象对于特别细微的颗粒或静电效应较好的微粉特别,明显,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创

5、新,2,填充分料偏析,在料层移动场合下，粗粒的填充状态具有筛分作用，当粗粒作,紧密填充时，细粒能穿过其填充层而进入下一层，此时的粒度比,为,1/10,以下，当粉体堆积形成安息角时，由料堆上方连续加料,则在静止粉体层上沿斜面引起动流动，在缓慢堆积情况下，流动,是间歇的，在此间期对休止角保持不变，一旦引起流动，由于,动休止角）流动全持续就成为动休止角为止，然后周期性进行,在静止层上，由于这种间歇流动表面颗粒层中空隙大，而且在,运动状态，这时对含有不同大小颗粒时，小颗粒就会在大颗粒间,穿过去达到下一层上，我们称这种现象为填充偏析,3,滚落偏析，中间和边缘粒度差,rs,rd,rs,rd,rs,rd,材

6、料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,三、粒度偏析的后果,在料仓中由于粒度偏析会出现“内细外粗”的粒度分布状态,如果在出料口合理使仓内形成整体流动的话，则上述粒度偏析现,象可以得到缓解，若为漏斗流的话，那么出料口的物料粒度就会,是先细后粗，粒度出现较大波动,与颗粒度偏析相似，密度偏析中密度大的颗粒相当于粒度偏析,中的小颗粒情况，会出现”内重外轻”的偏析。轻颗粒像大颗粒,一样向外滚落,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,四、偏析的防止,减少直径。改变了颗粒流动的距离，采用高而细的容器,采用回转下料法。实际上也是改变了颗粒的流动距离,中央孔法。在容器

7、中央设置一个有多孔的管子，在进料点不变时,随着料面的升高，分别采用不同的孔下料，使偏析及时克服,格子分流法。采用高而细的容器在实际中有困难，往往将大直径,容器分成许多格，形成高而细的容器,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,五、起拱现象,临界流出口径，拱的防止方法,减少直径。改变了颗粒流动的距离，采用高而细的容器,采用回转下料法。实际上也是改变了颗粒的流动距离,中央孔法。在容器中央设置一个有多孔的管子，在进料点不变,时随着料面的升高，分别采用不同的孔下料，使偏析及时克服,格子分流法。采用高而细的容器在实际中有困难，往往将大直,径容器分成许多格，形成高而细的容器,起拱现

8、象,临界流出口径，拱的防止方法,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,1,起拱,当排料口直径远大于颗粒直径时，粉体在排料口往往还会发生,闭塞不流现象，称之为起拱或闭塞现象，对于起拱与料内粉体压,力的关系，在前章中已经讲述，它与粉体性质有关，也与下料仓,结构及出口条件有关,2,斗仓的流动因素,ff,以及不起拱的条件,按,Jenike,在分析料仓内物料流动时,ff,提供的斗仓流动因素的概念,其中,为预压实应力,为斗仓作用,在拱上的应力。如图,a,为临界条件,1,1,1,图,a,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,3,不接管临界口径,在细粒及粘结性物

9、料情况下，细粉粘接在管口使口径缩小最后,堵塞，可能仅在卸料口上面的流动带能被卸出，形成管状洞，称,结管（结洞）然后完全停止流动,Johenson,采用确定群流类似的,方法计算了不结管条件，有下式成立,d,fcc,G,i,g,B,D,为可避免结管的最小卸料口尺寸,fcc,意义同前,G,结管函数,查,或,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,4,拱和洞的防止,1,改变料仓结构，将料仓制作偏心卸料口，如图,4.17,曲线料斗,外杆孔等,2,在仓内装改流体，在仓内安装某种形状的装置以减小对粉粒斗,压力，破坏仓内物料压力平衡，常见改流体有垂直隔板水滴体,三角体纺锤等,3,振动，用

10、机械的方法使仓壁振动，改变壁面摩擦角，改善流动,性,4,充气流态化，向粉体内充气，使之流态化，这也是一种助流方,法，这是因为流化物料具有较好的流动性,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,第三节,机械强制流动（粉体的搅拌,一、搅拌转矩的确定,首先我们看看一个圆筒在一个大的粉体层中沿垂直回转轴转动,时所需的力矩。按流体力学的方法可以确定在圆筒下,y,处筒壁的,压力（垂直,vp,B,y,h,水平力由被动粉体压力系数公式,k,d,dF,2,d,dy,作用在单元面上的摩擦力,d,为圆筒直径，为圆筒表,面摩擦系数，为水平正应力,d,dT,dF,则力矩,2,d,H,T,y,h,k,

11、d,dy,k,d,H,h,2,2,hp,vp,p,w,hp,2,H,2,2,0,0,w,B,p,2,w,p,B,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,二、内摩擦系数的确定,Benazie,用齿状圆筒做转动圆筒，如图,4.19,测定粉体内摩擦系数,用上式,计算，由测量,T,值计算,由于动（静）摩擦系数是不同的，所以要测定,T,值必须是在稳定,时才能测定，否则就会不准确，一般开始,T,值大（密填充时,对疏填充时开始,T,值小，但最终时,T,趋于一致。如图,3.43,Benarie,用砂做试验得出转矩与角速度关系有下式,其中为开始时转矩，为稳定时转矩,w,为回转角速度,T,为

12、回,转时间后的转矩,k,为装置常数,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,三,Novosad,法确定搅拌转矩,此法是确定纯状搅拌叶生轴上的转矩,D,18,32,cm,d,6,4,26,4,cm,b,1,3,cm,h,3,5,5,5,cm,当采用转速范围为,1-200rpm,时，通过变化,h,d,b,及等参数时，有一,共同的曲线关系而与粉体的种类无关,h,1,13,T,对于一般颗粒，当,时,0,375,d,b,h,d,b,h,0,88,2,3,1,5,1,8,当,时,1,13,T,0,477,d,b,h,B,d,b,sin,此处,cos,cos,sin,sin,exp,2

13、,sin,sin,tan,上式适用于,d,很大时，不考虑容器壁的影响,0,12,1,5,0,7,1,8,1,1,0,44,0,25,B,0,12,0,44,0,25,2,2,1,w,i,w,w,i,w,i,w,i,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,第四节,振动流动,一、颗粒与振动面的相对运动,1,振动的机械指数,以振动加速度与重力加速度之比称为机械指数,r,w,用式,k,c,作为评判振动强度的参数,k,表示，用,g,2,颗粒的起飞点,在此我们讨论一下振动面为直线运动的情况，假设振动基准面,即,x,轴与低面垂直且与水平相交成角，而直线振动的方向,AB,与水,平成角，取

14、振动面上的一点,P,的运动，以,r,为半径作圆，,r,为振幅,的一半）取,C,点为相位角圆点，且振动以,W,角速度沿顺时针回转,则,w,为相位角到P点，为时间，如图（振动圆表示法,2,c,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,按图振动位移有,x,r,sin,w,cos,y,r,sin,w,sin,x,rw,cos,w,cos,y,rw,cos,w,sin,求导得振动速度,再求导得振动加速度,x,r,w,sin,w,cos,y,r,w,sin,w,sin,x,y,rw,2,sin,w,b,2,b,r,w,sin,w,则,此时为任意时刻振动方向,AB,的加速度,我们将加速度

15、,b,分解成振动面方向与垂直于水平方向上的两个加,速度有图由正弦定理有,PQ,b,sin,OQ,b,cos,cos,cos,sin,PQ,r,w,b,要求最大值,b,r,w,sin,w,代入，则,sin,w,1,将,cos,2,2,2,2,2,2,2,2,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,2,厚德,博学,笃行,创新,用,PQ,与重力加速度之比我们称之为筛分指数,Kv,r,w,sin,sin,K,g,cos,K,cos,Kv,是筛分机械喂料机性能的重要参数，亦称抛掷指数或抛掷强,度,当时，颗粒离开振动面跳动时，颗粒与振动面接触运动,当振动面铅直方向的加速度在数值上,PQ=-g,时，即时的相位

16、角为,起飞相位角。有,sin,1,2,r,w,sin,g,sin,L,L,cos,K,v,v,c,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,x,L,r,sin,cos,y,r,sin,sin,L,L,L,v,L,rw,cos,L,1,2,x,x,L,v,L,cos,g,sin,y,2,1,y,L,v,L,sin,2,g,cos,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,m,m,L,w,m,L,r,w,cos,sin,2,L,g,cos,L,L,cos,sin,2,L,L,cot,L,L,sin,1,v,L,sin,v,y,y,v,sin,g,cos,g,

17、cos,2,g,cos,L,L,r,cos,K,c,2,1,2,1,K,v,cot,L,2,0,L,x,v,L,cos,0,L,w,L,1,0,g,sin,2,w,2,w,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,当在飞行时间内振动的次数为,m,时，颗粒沿振动面移动速度设,公式,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,4,输送速度计算,在计算时设,0,通过分析（看书）有,厚德,博学,笃行,创新,0,L,v,k,2,v,1,p,k,v,2,v,1,2,k,v,sin,2,0,cos,sin,L,L,sin,L,1,k,v,k,c,k,cos,k,v,代入,式整理,v,sin,s

18、in,g,r,4,m,2,k,sin,v,0,L,L,cos,L,sin,f,k,v,cos,sin,g,式中,f,k,k,0,L,sin,其中可查表,3.5,有关单位,4,m,v,m,2,rad,g,r,m,为,实际速度还应按图,4-29,进行修正,s,s,w,rad,m,次,s,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,2,m,2,m,w,2,m,2,k,v,1,1,k,v,2,k,v,m,2,1,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,二、颗粒层的平面内运动,前面我们讲述了振动情况，即振动方向与振动面成一定角度,另一类运动是运动方向与运动面一致，

19、即在同一水平面内，如筛,分等情况属于此,1,临界回转速度和,Scott,圆,如果其平面作高速回转，那么放在此平面上的颗粒则随着平面,回转，当平面转速超过某值时，颗粒与平面之间出现相对滑动,设颗粒在平面上的回转半径为,R,角速度为,w,则发,生相对运动,的条件是,其中为颗粒与平面之间摩擦系数，临界状态取等号,由于颗粒开始时是静止的，同时要克服静摩擦才能产生相对运,动,为临界转速，为静摩擦系数,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,由于颗粒的动摩擦系数比静摩擦系数小所以当,w,超过,时，颗粒则以半径作回转运动且,回转速度与平面相,同，设颗粒质量为,m,则由力平衡得,以半径为运动,的圆称,Scott

20、,圆，颗粒的绝对运动轨迹,Scott,圆随着颗粒,层的厚度增加，逐渐减少，这主要是由于与粉体层厚,度有关，而且层数越多，减少越剧,厚德,博学,笃行,创新,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,厚德,博学,笃行,创新,2,颗粒与平面的相对运动轨迹,Xykokckuu,圆就是颗粒在平面上做相对运动时所形成的圆，而,Scott,圆是颗粒在做绝对运动时的圆。如图,4.30,这一现象我们农村的同学可能见过，用筛子筛东西时，粗颗粒,轻颗粒）往往会集中在某一个圆区域内，而不是筛子的中心,Xykokckuu,通过分析得出下式,写成无数次量有,其中为,Xykokckuu,圆半径，为机械指数,上式可,用于多层粉体

21、的平面回转运动，也可用于实际操作,材料科学与工程学院,第五章,粉体储存,第五节,压缩流动,厚德,博学,笃行,创新,压缩通常是指粉体表现体积的较少，使颗粒填充变得密实，对于不发生颗粒,组成变化的压缩过程，我们称之为压实。粉体压缩的方法大致有两种，一种,是静压压缩，另一种是冲击压缩，这两种压缩我们在实际生活中都能见到,一、压力分布,在压缩过程中，粉体内压力分布是一个重要问题，也是一个复杂的问题，对,一维被动压缩中，也是最简单的压缩过程，可分为静压缩和冲击压缩，同时,又可以分为单向压缩和双向压缩,对于圆柱形粉体模，在单向压缩时,Boussinesq,分析了该粉体的受压应力分布,如图,3.55,这一分布很像树根，而且是球面的，所以称之为,Boussinesq,球根,状压力分布，对于直径为,D,厚设