第四章-粉体动力学-PPT.ppt
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1、第四章第四章 粉体动力学粉体动力学第一节第一节 粉体力学的基本概念粉体力学的基本概念 粉体粒流动在工业中的应用时很重要的部分,对于流动性的研究,我们必须采用一些粉体流动性的判断参数与指标。一一、摩擦系数、摩擦系数、摩擦角摩擦角 颗粒群的主要力学特性变现在摩擦行为上,如流动性、滑落等,都涉及摩擦性质。而表示该性质的物理量有两个即摩擦角与摩擦系数,但这两个量表示同一个特性,只是表示方法不用而已。但是在不同条件下所得到的摩擦角的数值总是有差别的,为此可分为休止角、内摩擦角、壁面摩擦角和滑动角。第四章第四章 粉体动力学粉体动力学1 1、休止角休止角 流动粉体的活动平衡性能可由休止角来说明,所以往往将休
2、止角视作粉体粘度。休止角可以泛指堆积粉体的自由表面与水平表面所能形成的最大角度。测定休止角的方法有多种,主要有高注法、排出法、倾斜法、筛分分散法、气体分散法、液中分散法。其方法示意图如下:影响休止角的因素很多,如采用(1)法 若粒度相同,圆锥底部直径愈大,测量的休止角愈小。同种物料、粒度变化,休止角也发生变化。在测定过程中,采用堆积法测定时由于产生料偏析,使堆积物的粒度分布不均匀,这样对测定的休止角的大小也有一定的影响。此外还有空隙率、振动及颗粒形状对休止角都有影响。尤其是振动对休止角的影响。一般粉体进行振动时,休止角减小,流动性增加。借此以解决贮料仓中的下料困难。第四章第四章 粉体动力学粉体
3、动力学2 2、内摩擦角内摩擦角 粉体与液体不同,其活动的局限性大,主要是由于其内部粒子相互间存在着相当的摩擦力所致,众所周知,静摩察系数的定义为,式中为剪断面开始滑动时的剪应力和垂直压应力,而内摩擦角。内摩擦系数的测定方法有两种,一种是单面剪切法,另一种是三轴压缩法。单面剪切法单面剪切法 根据库仑粉体的定理 此法只能适用于库伦粉体的内摩擦角测量计算,内剪切角(抗剪切强度角)第四章第四章 粉体动力学粉体动力学第四章第四章 粉体动力学粉体动力学3 3、壁摩擦角与滑动角壁摩擦角与滑动角 在工业生产上,还经常遇到粉料与各种固体材料壁面直接接触以及相对运动的情况。粉料层与固体壁面之间摩擦由壁摩擦角来表示
4、,而滑动角则表示每个粒子与壁面发生相对运动时的摩擦角影响的因素,远比休止角与内摩擦角来得多,现象更为复杂。将载有物料的壁板一端徐徐升起,当物料开始下滑时的板倾角即为下滑角,由于物料不全滑落,通常这一方法偏大,一般以90%的物料滑落下时作为实际滑动角称滑动摩擦系数,第四章第四章 粉体动力学粉体动力学4、动摩擦角动摩擦角 动态下测定的摩擦角称为动摩擦角,通常动摩擦角比静摩擦角来的小,测定方法如图3.29.第四章第四章 粉体动力学粉体动力学2 2、粘附性粘附性 粘附性为粉体颗粒间作用力的总称,它包括附着力,凝聚力及结合力,许多操作过程都与粘附性有关,如贮存、混合、输运等,因此必须先弄清楚附着的原因。
5、粘附性的现象比较复杂,无论从定性或用量上都有很多问题还未解决。实践证明,细粉末,水分多,具有带电性的粉料附着性显著。分析附着性现象与作用发现附着性与固体表面力有关,其附着力有分子之间的相互引力,吸附水分的毛细管力和静电力等,这时力往往是同时与粉体作用和存在,只是各种情况下所起作用大小不等而已。总的来说,粘附性产生的原因有1)物料与固体表面的理化性质。2)物料与固体表面的物理参数如温度、湿度、电荷、表面状态等。3)粉料粒度与分布。4)粉料与气流的运动状态。第四章第四章 粉体动力学粉体动力学A A、分子间力(分子间力(London-Vander WealsLondon-Vander Weals力)
6、力)当颗粒间距小到与分子间距相当时,由于分子力作用而产生粘附,而各种情况下的分子计算可采用Hamker理论公式,Bradly公式进行 Bradly公式:其中d1、d2为颗粒径,a为颗粒间距,A为常数=10-1310-12第四章第四章 粉体动力学粉体动力学第四章第四章 粉体动力学粉体动力学C C、静电粘附力(静电粘附力(Coulomb fozceCoulomb fozce)带有相反电荷的颗粒会产生吸引力 其中Q1 Q2 为电荷量,d为颗粒径,a为颗粒间外缘距离。当da时,则 则 或 其中 为表面电荷密度 第四章第四章 粉体动力学粉体动力学D D、粉体层的粘附力粉体层的粘附力 干粉体层间的张力与它
7、单位体积中颗粒数、接触点数及空隙率的关系.Rumpf-H有如下表达式:粉体层张力 其中n为配位数,空隙率,dp为粒径,F为单个接触点的粘附力。而Simth由实验得,对于有水分情况下粉体层粘附力计算可用下式计算 其中 表面能,n为颗粒脱离时单个颗粒减少的配位数,w为粉体层中含水的分率,K为常数。测定方法通常有水分二分模法和垂直二分模法第四章第四章 粉体动力学粉体动力学E E、影响粘附力的因素影响粘附力的因素 i)粒度:粒度与粘附力关系如图3.24,根据经验,粉料愈细,则附着越小,这是由于粒子小时单位质量质量附着力及机械相互牵连作用增大的原因。ii)空隙率与水分:影响如图3.25,3.26,可见减
8、少,水分增加,都会增加附着力 iii)存放时间:通常存放时间越长,粘附力有所增加。iv)颗粒流速与壁面粗糙度的影响:在气力输送中,气流速度产生足够大的分离力以及加工良好的壁面都会有轻附着情况。一般是气流速度越高,对壁面的压力也越大,引起附着力增大,与此同时,分离力即在壁面的剪切应力几乎是随气流速度的平方关系增大,如图3.27.当气流速度小于临界速度时,粘附力存在,超过临界点时,分离力大于附着力,就不产生粘附了。第四章第四章 粉体动力学粉体动力学第二节第二节 流动特性及其判别流动特性及其判别 在粉体工程中,各单元操作按现象来分不外乎四种,粒子移动,粒度的改变,粒度的区分和异相分离,这四种过程都与
9、粉体的运动有关,那么在工程中怎样才能知道该物料能否流动,流动性能如何呢?这就是我们所要讲诉的流动的表达和流动性的判断指标和方法,各种不同的方法应用的场所也不一样,现分别介绍。第四章第四章 粉体动力学粉体动力学一、一、物料的开放屈服强度(单纯压缩强度物料的开放屈服强度(单纯压缩强度fcfc与流动函数与流动函数FFFF,也有称为破坏函数,也有称为破坏函数(Failure function)(Failure function)这一方法主要用在料斗仓中物料流动条件的判断。提出了和的设想,我们知道粉体强度在很大程度上取决于预密实状态(料在周围无摩擦的条件下圆筒内压实,所用压力为,此时为预密实应力,此状态
10、下物料称为预密实状态。而fc为物料在预密实状态下去掉圆筒侧向不加任何力,仅在上方加压引起破坏所需加压力为fc,此时fc与的两mohr圆上的切线即为屈服轨迹,如图3.3,按图中曲线可归纳如下方程,即曲线方程 屈服轨迹:在剪切加载过程中各应力圆包络线的轨迹,其终点的应力圆为断裂时的应力圆。不同的正应力条件下有不同的屈服轨迹。上述流动系数FF与料仓结构配合可作为判断料仓物料流动性的指标。对于密实压力除与FF,fc有关外,还与粉体粘性有关。开放屈服强度开放屈服强度如果在卸料口形成稳定的料拱,该料拱的固结强度,即:物料在自由表面上的强度称为开放屈服强度.用一个理想的园筒,使粉体在一定预压力压实,去处园筒
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