第五章-粉体储存

1、材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存第一节第一节 仓内粉体重动流动仓内粉体重动流动 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材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存一、一、流动椭圆体流动椭圆体 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，

2、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材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存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材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存二、二、整体流（群流）与漏斗流及其判别整体流（群流）与漏斗流及其判别 从上

3、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 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存第二节第二节 粉

4、体粉体在料仓内的偏析在料仓内的偏析 粉体在流动之际，由于颗粒密度、形状、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材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存1. 1.附着分料偏析附着分料偏析 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

5、效应较好的微粉特别明显。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存2 2、填充分料偏析、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

6、们称这种现象为填充偏析。3. 滚落偏析，中间和边缘粒度差。rdrsrdrsrdrs材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存三三、粒度偏析的后果、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材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存四四、偏析的防止、偏析

7、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材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存五、五、起拱现象起拱现象 临界流出口径，拱的防止方法临界流出口径，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

8、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。 起拱现象 临界流出口径，拱的防止方法材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存1 1、起拱起拱 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 2、斗仓的流动因素斗仓的流动因素ff ff以及不起拱的条件以及不起拱的条件 按Jenike在分析料仓内物料流动时， 提供的

9、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。图a11ff1材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存3 3、不接管临界口径不接管临界口径 在细粒及粘结性物料情况下，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 。)(iBGgfccd 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存4 4、拱和洞的防止

10、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材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存第三节第三节 机械强制流动机械强制流动（粉体的搅拌粉体的搅拌）一、一、搅拌转矩的确定搅拌转矩的确定 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

11、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） 水平力由被动粉体压力系数公式 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。 则力矩 )(hyBvpkpvphpdydddFhpw22ddFdT)2(2)(22020)2(hHHdydhyTdkdkBpwpBHw 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存二、二、内摩擦系数的确定内摩擦系数的确定 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

12、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为回转时间后的转矩,k为装置常数。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存三、三、NovosadNovosad法确定搅拌转矩法确定搅拌转矩此法是确定纯状搅拌叶生轴上的转矩： 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。 对于一般颗粒，当 时， 当 时, 此处 上式适用于d很大时，不考虑容器壁的影响。cmD321813.125.

13、044.012.0bdhcmhcmbcmd5 . 55 . 3,31,4 .264 . 6BhbdT1 . 18 . 17 . 05 . 1375. 013. 125. 044. 012. 0bdhBhbdT88. 08 . 15 . 13 . 2477. 0)tansinsin(2expcoscossinsinsin122iiwwiwiww材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存第四节第四节 振动流动振动流动一、颗粒与振动面的相对运动一、颗粒与振动面的相对运动1 1、振动的机械振动的机械指指数数 以振动加速度与重力加速度之比称为机械指数，用式 表示，用kc作为评判

14、振动强度的参数。2 2、颗粒的起飞点颗粒的起飞点 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）grwkc2材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存按图振动位移有 求导得振动速度 再求导得振动加速度 则 此时为任意时刻振动方向（AB）的加速度。 我们将加速度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 b要求最大值

15、将 代入，则 )cos(sinwrx)sin(sinwry)cos(coswrwx)sin(coswrwy)sin(sin ),cos(sin 22wrywrxwwbwrwyx2222)sin( 2wrbwsin2coscos,cos)sin(bOQbPQ1sinwwrbwsin2cos)sin(2wrPQ材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存 用PQ与重力加速度之比我们称之为筛分指数Kv 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，即时的相位角为起

16、飞相位角。有 cos)sin(cos)sin(2KwKcvgrKwvLLgr1sin,cos)sin(sin2材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存 )sin(sin),cos(sinLLLLrryxLLrwvcoscos21)sin(,sin21)cos(2gygxvyvxLLLL材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存 LLLLLLLmLmgrwwcotsincoscos)sin(cos2)211 (coscos21cos)sin()sin(cot)cos)sin(222LcLLLmKKgvvvyyvrLgg)(0sin21)cos

17、(20wvLgwxLLwL0材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存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）（公式）材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存4、输送速度计算输送速度计算在计算时设 ,通过分析（看书）有代入 式整理式中 其中可查表 3.5。有关单位 为 实际速度还应按图4-29进行修正 。0sin)sin(cos1sin,sincos2sin2110220kkkkkkkvvcvLLLvvvLsincos)(sincossin)(40kkvvLLvpfmgrLvvLmgfkksin04)()(2sradw

18、sm次mr smg2rad材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存 1,122)()1(22mkkkvvvm22mwm材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存二、颗粒层的平面内运动二、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，即在同一水平面内，如筛分等情况属于此。1 1、临界回转速度和临界回转速度和ScottScott圆圆 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，

19、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材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存 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。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存2 2、颗粒与平面

20、的相对运动轨迹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的平面回转运动，也可用于实际操作。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 第五章第五章 粉体储存粉体储存第五节第五节 压缩流动压缩流动 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