第五章粉體儲(chǔ)存第一節(jié)倉(cāng)內(nèi)粉體重動(dòng)流動(dòng)

在料倉(cāng)研究中，一直是以質(zhì)量和強(qiáng)度兩個(gè)方面為主要研究?jī)?nèi)容，但在使用中常碰到的困難卻是倉(cāng)內(nèi)粉體流動(dòng)的不穩(wěn)定，時(shí)快時(shí)慢，都是結(jié)拱堵塞，有時(shí)中央穿孔而周?chē)锪贤粍?dòng)，還有分料也是料倉(cāng)中常出現(xiàn)的現(xiàn)象，為了從根本上解決這些問(wèn)題，必須對(duì)這幾個(gè)方面做深入的研究。第五章粉體儲(chǔ)存一、流動(dòng)橢圓體

在排料口附近的料流狀態(tài)如圖表面粒子層A滾落向中心集中，其下層則比較緩慢地向中央集中，B層下面則為固定不動(dòng)的區(qū)域E。

換言之，除了E之外，凡是處于大于休止角的粒子均流向中央?yún)^(qū)集中，而迅速下落至D處，D處粒子毫無(wú)阻力的最先流出，可以認(rèn)為交界面構(gòu)成了橢圓體，其長(zhǎng)軸是垂直的，該體內(nèi)的料流是團(tuán)塊性的，C本是一個(gè)較小的橢圓體，實(shí)際證明其體積約為前者的。

圖表a第五章粉體儲(chǔ)存上述兩個(gè)流動(dòng)的橢圓體如圖b

流動(dòng)的橢圓體在橢圓體內(nèi)產(chǎn)生垂直移動(dòng)和滾動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)。

松動(dòng)的橢圓體在所謂邊界橢圓體之外是沒(méi)有物料運(yùn)動(dòng)的，而橢圓體的形成過(guò)程取決于物料的性質(zhì)。圖表b第五章粉體儲(chǔ)存二、整體流（群流）與漏斗流及其判別

從上述對(duì)橢圓體流動(dòng)區(qū)域分析可以看出，料倉(cāng)里粉體流動(dòng)應(yīng)該按照橢圓體流動(dòng)的那樣才是理想的情況，當(dāng)料倉(cāng)中粉體象流體流出一樣對(duì)稱為整體流動(dòng)(圖5.5a)，只在料倉(cāng)中央部分形成料流，流動(dòng)的區(qū)域呈漏斗狀，其他區(qū)域的物料停滯不動(dòng)稱漏斗流。如圖5.5b所示，顯然在工業(yè)應(yīng)用中整體流的性能優(yōu)于漏斗流，在相同的條件下整體流增加了有效面積，因此整體流是我們料倉(cāng)設(shè)計(jì)的最佳結(jié)果。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)不就推出在有效內(nèi)摩擦角下，料斗半徑角與壁摩擦角之間確定整體流的條件可查如圖4.8進(jìn)行判別，

按內(nèi)摩擦角的分析，漏斗壁與水平的傾角，有對(duì)硅酸鹽粉料實(shí)測(cè)有

即第五章粉體儲(chǔ)存第二節(jié)粉體在料倉(cāng)內(nèi)的偏析

粉體在流動(dòng)之際，由于顆粒密度、形狀、大小、表面特征的差異，在不同的地點(diǎn)，呈現(xiàn)粉體層的組成不一致的現(xiàn)象成為偏析，在一般的料倉(cāng)中，大多數(shù)情況是裝一種物料，即使幾種物料，他們的密度也相差不大，而粒度卻高達(dá)成百上千倍，所以在料倉(cāng)中的粒度偏析是主要的，分析其偏析機(jī)理主要有：第五章粉體儲(chǔ)存1.附著分料偏析

粉體進(jìn)入料倉(cāng)時(shí)，由于存在一定落差，在沉降過(guò)程中沉速不同，粗粒與細(xì)粒就會(huì)分開(kāi)，細(xì)粒附著在倉(cāng)壁上，當(dāng)受外力振動(dòng)時(shí)，附層剝落，致使料倉(cāng)卸料粒度分布發(fā)生前后波動(dòng)，隨振動(dòng)情況，此現(xiàn)象對(duì)于特別細(xì)微的顆?；蜢o電效應(yīng)較好的微粉特別明顯。第五章粉體儲(chǔ)存2、填充分料偏析

在料層移動(dòng)場(chǎng)合下，粗粒的填充狀態(tài)具有篩分作用，當(dāng)粗粒作緊密填充時(shí)，細(xì)粒能穿過(guò)其填充層而進(jìn)入下一層，此時(shí)的粒度比為1/10以下，當(dāng)粉體堆積形成安息角時(shí)，由料堆上方連續(xù)加料，則在靜止粉體層上沿斜面引起動(dòng)流動(dòng)，在緩慢堆積情況下，流動(dòng)是間歇的，在此間期對(duì)休止角保持不變，一旦引起流動(dòng)，由于

（動(dòng)休止角）流動(dòng)全持續(xù)就成為動(dòng)休止角為止，然后周期性進(jìn)行

在靜止層上，由于這種間歇流動(dòng)表面顆粒層中空隙大，而且在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)對(duì)含有不同大小顆粒時(shí)，小顆粒就會(huì)在大顆粒間穿過(guò)去達(dá)到下一層上，我們稱這種現(xiàn)象為填充偏析。3.滾落偏析，中間和邊緣粒度差。第五章粉體儲(chǔ)存三、粒度偏析的后果

在料倉(cāng)中由于粒度偏析會(huì)出現(xiàn)“內(nèi)細(xì)外粗”的粒度分布狀態(tài)，如果在出料口合理使倉(cāng)內(nèi)形成整體流動(dòng)的話，則上述粒度偏析現(xiàn)象可以得到緩解，若為漏斗流的話，那么出料口的物料粒度就會(huì)是先細(xì)后粗，粒度出現(xiàn)較大波動(dòng)。

與顆粒度偏析相似，密度偏析中密度大的顆粒相當(dāng)于粒度偏析中的小顆粒情況，會(huì)出現(xiàn)”內(nèi)重外輕”的偏析。輕顆粒像大顆粒一樣向外滾落。第五章粉體儲(chǔ)存四、偏析的防止①

減少直徑。改變了顆粒流動(dòng)的距離，采用高而細(xì)的容器。②

采用回轉(zhuǎn)下料法。實(shí)際上也是改變了顆粒的流動(dòng)距離。③

中央孔法。在容器中央設(shè)置一個(gè)有多孔的管子，在進(jìn)料點(diǎn)不變時(shí)隨著料面的升高，分別采用不同的孔下料，使偏析及時(shí)克服。④

格子分流法。采用高而細(xì)的容器在實(shí)際中有困難，往往將大直徑容器分成許多格，形成高而細(xì)的容器。第五章粉體儲(chǔ)存五、起拱現(xiàn)象

臨界流出口徑，拱的防止方法①

減少直徑。改變了顆粒流動(dòng)的距離，采用高而細(xì)的容器。②

采用回轉(zhuǎn)下料法。實(shí)際上也是改變了顆粒的流動(dòng)距離。③

中央孔法。在容器中央設(shè)置一個(gè)有多孔的管子，在進(jìn)料點(diǎn)不變時(shí)隨著料面的升高，分別采用不同的孔下料，使偏析及時(shí)克服。④

格子分流法。采用高而細(xì)的容器在實(shí)際中有困難，往往將大直徑容器分成許多格，形成高而細(xì)的容器。起拱現(xiàn)象

臨界流出口徑，拱的防止方法第五章粉體儲(chǔ)存1、起拱

當(dāng)排料口直徑遠(yuǎn)大于顆粒直徑時(shí)，粉體在排料口往往還會(huì)發(fā)生閉塞不流現(xiàn)象，稱之為起拱或閉塞現(xiàn)象，對(duì)于起拱與料內(nèi)粉體壓力的關(guān)系，在前章中已經(jīng)講述，它與粉體性質(zhì)有關(guān)，也與下料倉(cāng)結(jié)構(gòu)及出口條件有關(guān)。2、斗倉(cāng)的流動(dòng)因素ff以及不起拱的條件

按Jenike在分析料倉(cāng)內(nèi)物料流動(dòng)時(shí)，

提供的斗倉(cāng)流動(dòng)因素的概念

其中

為預(yù)壓實(shí)應(yīng)力，

為斗倉(cāng)作用

在拱上的應(yīng)力。如圖a為臨界條件。圖a第五章粉體儲(chǔ)存3、不接管臨界口徑

在細(xì)粒及粘結(jié)性物料情況下，細(xì)粉粘接在管口使口徑縮小最后堵塞，可能僅在卸料口上面的流動(dòng)帶能被卸出，形成管狀洞，稱結(jié)管（結(jié)洞）然后完全停止流動(dòng)。Johenson采用確定群流類(lèi)似的方法計(jì)算了不結(jié)管條件，有下式成立：D為可避免結(jié)管的最小卸料口尺寸，fcc意義同前,G{}結(jié)管函數(shù)，查

或

。

第五章粉體儲(chǔ)存4、拱和洞的防止1）改變料倉(cāng)結(jié)構(gòu)，將料倉(cāng)制作偏心卸料口，如圖4.17，曲線料斗，外桿孔等。2）在倉(cāng)內(nèi)裝改流體，在倉(cāng)內(nèi)安裝某種形狀的裝置以減小對(duì)粉粒斗壓力，破壞倉(cāng)內(nèi)物料壓力平衡，常見(jiàn)改流體有垂直隔板水滴體。三角體紡錘等。3）振動(dòng)，用機(jī)械的方法使倉(cāng)壁振動(dòng)，改變壁面摩擦角，改善流動(dòng)性。4）充氣流態(tài)化，向粉體內(nèi)充氣，使之流態(tài)化，這也是一種助流方法，這是因?yàn)榱骰锪暇哂休^好的流動(dòng)性。第五章粉體儲(chǔ)存第三節(jié)機(jī)械強(qiáng)制流動(dòng)（粉體的攪拌）一、攪拌轉(zhuǎn)矩的確定

首先我們看看一個(gè)圓筒在一個(gè)大的粉體層中沿垂直回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的力矩。按流體力學(xué)的方法可以確定在圓筒下y處筒壁的壓力（垂直）

水平力由被動(dòng)粉體壓力系數(shù)公式

作用在單元面上的摩擦力d為圓筒直徑，為圓筒表面摩擦系數(shù)，為水平正應(yīng)力。

則力矩

第五章粉體儲(chǔ)存二、內(nèi)摩擦系數(shù)的確定Benazie用齒狀圓筒做轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒，如圖4.19，測(cè)定粉體內(nèi)摩擦系數(shù)，用上式

計(jì)算，由測(cè)量T值計(jì)算

由于動(dòng)（靜）摩擦系數(shù)是不同的，所以要測(cè)定T值必須是在穩(wěn)定時(shí)才能測(cè)定，否則就會(huì)不準(zhǔn)確，一般開(kāi)始T值大（密填充時(shí)），對(duì)疏填充時(shí)開(kāi)始T值小，但最終時(shí)T趨于一致。如圖3.43。Benarie用砂做試驗(yàn)得出轉(zhuǎn)矩與角速度關(guān)系有下式

其中為開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)矩，為穩(wěn)定時(shí)轉(zhuǎn)矩，w為回轉(zhuǎn)角速度，T為回轉(zhuǎn)時(shí)間后的轉(zhuǎn)矩,k為裝置常數(shù)。第五章粉體儲(chǔ)存三、Novosad法確定攪拌轉(zhuǎn)矩此法是確定純狀攪拌葉生軸上的轉(zhuǎn)矩：

當(dāng)采用轉(zhuǎn)速范圍為1-200rpm時(shí)，通過(guò)變化h,d,b及等參數(shù)時(shí)，有一共同的曲線關(guān)系而與粉體的種類(lèi)無(wú)關(guān)。

對(duì)于一般顆粒，當(dāng)

時(shí)，

當(dāng)

時(shí),

此處

上式適用于d很大時(shí)，不考慮容器壁的影響。第五章粉體儲(chǔ)存第四節(jié)振動(dòng)流動(dòng)一、顆粒與振動(dòng)面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)1、振動(dòng)的機(jī)械指數(shù)

以振動(dòng)加速度與重力加速度之比稱為機(jī)械指數(shù)，用式

表示，用kc作為評(píng)判振動(dòng)強(qiáng)度的參數(shù)。2、顆粒的起飛點(diǎn)

在此我們討論一下振動(dòng)面為直線運(yùn)動(dòng)的情況，假設(shè)振動(dòng)基準(zhǔn)面即x軸與低面垂直且與水平相交成角，而直線振動(dòng)的方向AB與水平成角，取振動(dòng)面上的一點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)，以r為半徑作圓，（r為振幅的一半）取C點(diǎn)為相位角圓點(diǎn)，且振動(dòng)以W角速度沿順時(shí)針回轉(zhuǎn)

，則w為相位角到P’點(diǎn)，為時(shí)間，如圖（振動(dòng)圓表示法）第五章粉體儲(chǔ)存按圖振動(dòng)位移有

求導(dǎo)得振動(dòng)速度

再求導(dǎo)得振動(dòng)加速度

則此時(shí)為任意時(shí)刻振動(dòng)方向（AB）的加速度。

我們將加速度b分解成振動(dòng)面方向與垂直于水平方向上的兩個(gè)加速度有圖由正弦定理有

b要求最大值

將

代入，則第五章粉體儲(chǔ)存

用PQ與重力加速度之比我們稱之為篩分指數(shù)KvKv是篩分機(jī)械喂料機(jī)性能的重要參數(shù)，亦稱拋擲指數(shù)或拋擲強(qiáng)度。

當(dāng)時(shí)，顆粒離開(kāi)振動(dòng)面跳動(dòng)時(shí)，顆粒與振動(dòng)面接觸運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)振動(dòng)面鉛直方向的加速度在數(shù)值上PQ=-g時(shí)，即時(shí)的相位角為起飛相位角。有第五章粉體儲(chǔ)存

第五章粉體儲(chǔ)存

第五章粉體儲(chǔ)存當(dāng)在飛行時(shí)間內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)為m時(shí)，顆粒沿振動(dòng)面移動(dòng)速度設(shè)（公式）第五章粉體儲(chǔ)存4、輸送速度計(jì)算在計(jì)算時(shí)設(shè),通過(guò)分析（看書(shū)）有代入

式整理式中

其中可查表3.5。有關(guān)單位

為

實(shí)際速度還應(yīng)按圖4-29進(jìn)行修正。第五章粉體儲(chǔ)存

第五章粉體儲(chǔ)存二、顆粒層的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)

前面我們講述了振動(dòng)情況，即振動(dòng)方向與振動(dòng)面成一定角度，另一類(lèi)運(yùn)動(dòng)是運(yùn)動(dòng)方向與運(yùn)動(dòng)面一致，即在同一水平面內(nèi)，如篩分等情況屬于此。1、臨界回轉(zhuǎn)速度和Scott圓

如果其平面作高速回轉(zhuǎn)，那么放在此平面上的顆粒則隨著平面回轉(zhuǎn)，當(dāng)平面轉(zhuǎn)速超過(guò)某值時(shí)，顆粒與平面之間出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)。設(shè)顆粒在平面上的回轉(zhuǎn)半徑為R，角速度為w，則發(fā)

生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件是

。其中為顆粒與平面之間摩擦系數(shù)，臨界狀態(tài)取等號(hào)，

由于顆粒開(kāi)始時(shí)是靜止的，同時(shí)要克服靜摩擦才能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，

為臨界轉(zhuǎn)速，為靜摩擦系數(shù)。第五章粉體儲(chǔ)存

由于顆粒的動(dòng)摩擦系數(shù)比靜摩擦系數(shù)小所以當(dāng)w超過(guò)時(shí)，顆粒則以半徑作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)且

，回轉(zhuǎn)速度與平面相同，設(shè)顆粒質(zhì)量為m，則由力平衡得

，以半徑為運(yùn)動(dòng)的圓稱Scott圓，顆粒的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡,Scott圓隨著顆粒層的厚度增加，逐漸減少，這主要是由于與粉體層厚度有關(guān)，而且層數(shù)越多，減少越劇。第五章粉體儲(chǔ)存2、顆粒與平面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡Xykokckuu圓就是顆粒在平面上做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所形成的圓，而Scott圓是顆粒在做絕對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的圓。如圖4.30

這一現(xiàn)象我們農(nóng)村的同學(xué)可能見(jiàn)過(guò)，用篩子篩東西時(shí)，粗顆粒（輕顆粒）往往會(huì)集中在某一個(gè)圓區(qū)域內(nèi)，而不是篩子的中心，Xykokckuu通過(guò)分析得出下式

寫(xiě)成無(wú)數(shù)次量有，其中為Xykokckuu圓半徑，為機(jī)械指數(shù),上式可用于多層粉體的平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也可用于實(shí)際操作。第五章粉體儲(chǔ)存第五節(jié)壓縮流動(dòng)

壓縮通常是指粉體表現(xiàn)體積的較少，使顆粒填充變得密實(shí)，對(duì)于不發(fā)生顆粒組成變化的壓縮過(guò)程，我們稱之為壓實(shí)。粉體壓縮的方法大致有兩種，一種是靜壓壓縮，另一種是沖擊壓縮，這兩種壓縮我們?cè)趯?shí)際生活中都能見(jiàn)到。一、壓力分布

在壓縮過(guò)程中，粉體內(nèi)壓力分布是一個(gè)重要問(wèn)題，也是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，對(duì)一維被動(dòng)壓縮中，也是最簡(jiǎn)單的壓縮過(guò)程，可分為靜壓縮和沖擊壓縮，同時(shí)又可以分為單向壓縮和雙向壓縮。

對(duì)于圓柱形粉體模，在單向壓縮時(shí)，Boussinesq分析了該粉體的受壓應(yīng)力分布，如圖3.55，這一分布很像樹(shù)根，而且是球面的，所以稱之為Boussinesq