粉体动力学
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第三章 粉体力学1分析
• 粉体的摩擦特性
• 摩擦特性:指粉体种固体粒子之间以及粒子 与固体边界表面因摩擦而产生的一些特殊物 理现象以及由此表现出的一些特殊的力学性 质。
• 由于颗粒间的摩擦力和内聚力而形成的角统 称为摩擦角。
• 内摩擦角、安息角、壁摩擦角、运动摩擦角
• 粉体的内摩擦角:在粉体层中,压应力和 剪切力之间有一个引起破坏的极限。即在 粉体层的任意面上加一定的垂直应力,若 沿这一面的剪应力逐渐增加,当剪应力达 到某一值时,粉体沿次面产生滑移,而小 于这一值的剪应力却不产生这种现象。
• 建立铅垂方向的力平衡方程:
4
D2P
4
D2B gdh
4
D2
(P
dP)
Dwkpdh
式中,D为圆筒形容器的直径;w为粉体和 圆筒内壁的摩擦系数;B为粉体的填充密度; k是粉体测压常数
附着力
• 微细颗粒在空气中极易粘住成团,此种现象 对微粉体的加工极为不利;
• 对于半径分别为R1和R2分子间的作用力Fm:
Fm
A 6h2
R1R2 R1 R2
对于球与平板: 式中:h-颗粒间距,A-哈
FmBiblioteka AR 12h2马克(Hamaker)常数, 是物质的一种特征常数。
• 颗粒间的静电作用力:在干燥空气中大多数 颗粒是自然荷电的。有三种途径:
• 直剪试验 • 方法:把圆形盒或方形盒重叠起来,将粉
体填充其中,在铅垂压力的作用下,再在 上盒或中盒上施加剪切力,逐渐加大剪切 力,使重叠得盒子错动。通过测定错动瞬 间的剪力,得到与的关系。
垂直应力 /9.8104Pa
剪切应力 /9.8104Pa
0.253 0.505 0.755 1.010 0.450 0.537 0.629 0.718
第四章 粉体流变学
4.1.1 内摩擦角
一、工程力学相关知识
①可以认为各个面上的应力都是均匀分布 ②而且可以认为单元六面体每对互相平行的面 上的应力、大小及性质完全相同 ③剪应力互等定律
4.1.1 内摩擦角
一、工程力学相关知识
主平面:经受力物体内一点所作的剪应力等于零的截面, 称为该点的主平面
主应力:主平面上的正应力叫主应力
4.1.1 内摩擦角
二、莫尔应力圆
Y方向: l s i l n c o x l y c s o y l s s i 0
∴ si n c o x c s y o y s si 0 n
∴ y si n xc y o si n cos
4.1.1 内摩擦角
二、莫尔应力圆
力,在工程实际中应加以考虑。
4.2.2料料斗的圆锥顶角为坐标原点,建立如图所示的直角坐 标系,如图所示,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
k cp 2 o p s s 2 i n p ( k c2 o ss 2 i)n
此时:
p 4 B w g k D p 0 4 B w g k D e x 4 D w p k h
4.2.1 Janssen公式
分析:
(1)对棱柱形容器,可令横截面面积为F,周长为U,可用 上式中的 D ;
F U
代替
(即2,)当由粉Ja体4n层ss填en充公高式度可达知一,p定~值h后呈,现p指值数趋变于化常,h数值,p这一p现4象Bwg称kD
➢ 角:逆时针为正
4.1.1 内摩擦角
二、莫尔应力圆
设:斜边长度为l,故作受力平衡分析: X方向:
l c o l s s iy n l x s ix n l c o 0
粉体工程第8讲
漏斗流(中心流)
漏斗流Ⅰ θ >900-Ф w死角区留有残留 漏斗流Ⅱ θ <900-Ф w无死角区留残留 判别漏斗流和质量流的临界条件是漏斗流 不产生明显的a滑动线,而仅有b滑动线。 由莫尔圆集合关系,形成质量流的料仓顶 角临界值为: (900 x ) / 2
偏析防止方法
偏析防止方法
料仓多点加料 细 高 法
改善物料的流动性
防止偏析
堵塞措施
安装助流装置
添设垂直挡板
恰当设计料仓的形状、尺寸
孔口流出
在一个容器的底部具有小孔,在容器中加 满水,则水沿小孔流出,在孔口附近有收 缩,而且容器内水面越高,出流水速越快. 对于同样的容器中装入细颗粒(细砂), 这时细砂也从小孔流出,但其出流速度几 乎与粒面高度无关. 原因: 这主要是小孔上面颗粒群相互挤压形 成拱构造,将上部的料层压力支撑住,故 流量与粉层度无关,这也是颗粒与流体小 孔流动的显著不同的地方,
料仓内粉粒体流动椭圆(球)体
一次流动椭圆体是B、E交界面,其 长轴是垂直的,颗粒群成团运动; 二次椭圆体即C本身,其内料流是颗 粒的各自运动;椭圆体内产生垂直 降落和滚动两种运动,边界之外, 没有运动;一次椭圆体以内的物料, 产生整体流动;一次椭圆体是二次 椭圆体的15倍。
一次运动椭圆体 颗粒静止角漏斗
p 2
dT du p (u P g cos ) 0 B dR dR
R.L.Brown理论
结合上式则有,使的能量最小的出口的球 k 面半径为: D R 2 s i n
0 m
u 2 4 sin 该处的颗粒线速度为: 在该球面上积分。可求得孔口的质量流出 速度: W 2 ( k ) D 0 R u sin d 2 4 u sin d
粉体力学
四. 粉体工程与粉体科学
粉体科学是一门跨学科的新兴技术科学,其研究内容包括粉体的物 性、粉体颗粒的制备与处理。
粉体的物性及 粉体过程参数 的测量
粉体颗粒几 何特征
粉体的 力学性能
移动过程
研究内容
粒径的变 化过程
粉体的 物化性能
分离过程
与粉体科学相关的产业及学科
窑业、碳 素工业 冶金及金属工艺 学
原子能和能源工业
比例。
筛余分布曲线,常用R(DP)表示。
累积分布
组距 0 ~1.0 1.0 ~2.0 2.0 ~3.0 3.0 ~4.0 4.0 ~5.0 5.0 ~6.0 6.0 ~7.0 7.0 ~8.0 6.0 ~9.0 9.0 ~10.0 10.0 ~11.0 11.0 ~12.0 12.0 ~13.0 di/um
2
3 二轴算术平均值 4 三轴算术平均值 5 二轴几何平均径 6 三轴几何平均径
lb
3
与外接长方体等体积的正方体 lbt 的边长 3/ 与外接长方体等比表面积的正 7 三轴调和平均径 (1/l+1/b+1/t) 方体的边长 8
1 (2lb 2bt 2lt ) 6
与外接长方体等表面积的正方 体的边长
超细粉体 (0.1~1μ m) 纳米粉体 (< 0.1μ m)
树 枝 状 纤 维 状 片 状
粉体形状
粉体的粒子学特性包括粉 体粒径 、粒径 分布 、 粒子 形状、密度、流动性 、堆 积密度、比表面积等。
粒
球
状
状
不规则状
如何描述粉体颗粒的大小
1 .1 颗粒的尺寸与尺寸分布
1.1.1 颗粒尺寸径
1.1.2
累积分布
累积分布的概念
粉体科学是一门跨学科的新兴技术科学,其研究内容包括粉体的物 性、粉体颗粒的制备与处理。
粉体的物性及 粉体过程参数 的测量
粉体颗粒几 何特征
粉体的 力学性能
移动过程
研究内容
粒径的变 化过程
粉体的 物化性能
分离过程
与粉体科学相关的产业及学科
窑业、碳 素工业 冶金及金属工艺 学
原子能和能源工业
比例。
筛余分布曲线,常用R(DP)表示。
累积分布
组距 0 ~1.0 1.0 ~2.0 2.0 ~3.0 3.0 ~4.0 4.0 ~5.0 5.0 ~6.0 6.0 ~7.0 7.0 ~8.0 6.0 ~9.0 9.0 ~10.0 10.0 ~11.0 11.0 ~12.0 12.0 ~13.0 di/um
2
3 二轴算术平均值 4 三轴算术平均值 5 二轴几何平均径 6 三轴几何平均径
lb
3
与外接长方体等体积的正方体 lbt 的边长 3/ 与外接长方体等比表面积的正 7 三轴调和平均径 (1/l+1/b+1/t) 方体的边长 8
1 (2lb 2bt 2lt ) 6
与外接长方体等表面积的正方 体的边长
超细粉体 (0.1~1μ m) 纳米粉体 (< 0.1μ m)
树 枝 状 纤 维 状 片 状
粉体形状
粉体的粒子学特性包括粉 体粒径 、粒径 分布 、 粒子 形状、密度、流动性 、堆 积密度、比表面积等。
粒
球
状
状
不规则状
如何描述粉体颗粒的大小
1 .1 颗粒的尺寸与尺寸分布
1.1.1 颗粒尺寸径
1.1.2
累积分布
累积分布的概念
《粉体力学》PPT课件
直径为40μm的颗粒在12s内的沉降高度为: H ' u tT 0 .1 0 1 3 2 1 .2m 34
假设颗粒在降尘室入口处的炉气中是均匀分布的,那 么颗粒在降尘室内的沉降高度与降尘室高度之比约等于该尺 寸颗粒被别离下来的百分率。 直径为40μm的颗粒被回收的百分率为:
H ' 1 .23 1 40 % 0 4.1 8% 3 H2 .564
H u t'T 0 .10 5 0 0 .5 6m 03
设降尘室入口炉气均布,在降尘室入口端处于顶部及其附近的
d=40μm的尘粒,因其ut<0.4m/s,它们随气体到达出口时还 没
有沉到底而随气体带出,而入口端处于距室底0.503m以下的
40μm的尘粒均η=能H除′去/H,=所0以.54003μ/m2尘=2粒5的.1除5尘%效率:
设计型 气体处理量和除尘要求,求降尘
降尘室的计算
室的大小
操作型 用尺寸的降尘室处理一定量含尘 气体时,计算可以完全除掉的最 小颗粒的尺寸,或者计算要求完 全除去直径dp的尘粒时所能处理 的气体流量。
例1 拟采用降尘室回收常压炉气中所含的固体颗粒, 降尘室底面积为10m2,宽和高均为2m,炉气处 理量为4m3/s。操作条件下气体密度为0.75kg/m3, 粘度2.6×10-5Pa·s,固体密度为 3000kg/m3。求(1) 理论上能完全捕集下来的最小粒径;(2)粒径为 解4150:μμ(mm1)能颗 的完粒 尘全的 粒别回 ,离收 对出百降的最分尘小率室颗;应粒作(的3)如沉假何降设速改完度进全?u回t 收V bS 直l径0.4为m/s
粒径为40μm的颗粒定在滞流区 ,其沉降速度
u t d 2 1 s g 8 4 1 0 1 6 2 0 4 3 . 4 8 1 0 . 5 5 0 9 0 . 8 0 0 0 . 1 m 7 / s 0
假设颗粒在降尘室入口处的炉气中是均匀分布的,那 么颗粒在降尘室内的沉降高度与降尘室高度之比约等于该尺 寸颗粒被别离下来的百分率。 直径为40μm的颗粒被回收的百分率为:
H ' 1 .23 1 40 % 0 4.1 8% 3 H2 .564
H u t'T 0 .10 5 0 0 .5 6m 03
设降尘室入口炉气均布,在降尘室入口端处于顶部及其附近的
d=40μm的尘粒,因其ut<0.4m/s,它们随气体到达出口时还 没
有沉到底而随气体带出,而入口端处于距室底0.503m以下的
40μm的尘粒均η=能H除′去/H,=所0以.54003μ/m2尘=2粒5的.1除5尘%效率:
设计型 气体处理量和除尘要求,求降尘
降尘室的计算
室的大小
操作型 用尺寸的降尘室处理一定量含尘 气体时,计算可以完全除掉的最 小颗粒的尺寸,或者计算要求完 全除去直径dp的尘粒时所能处理 的气体流量。
例1 拟采用降尘室回收常压炉气中所含的固体颗粒, 降尘室底面积为10m2,宽和高均为2m,炉气处 理量为4m3/s。操作条件下气体密度为0.75kg/m3, 粘度2.6×10-5Pa·s,固体密度为 3000kg/m3。求(1) 理论上能完全捕集下来的最小粒径;(2)粒径为 解4150:μμ(mm1)能颗 的完粒 尘全的 粒别回 ,离收 对出百降的最分尘小率室颗;应粒作(的3)如沉假何降设速改完度进全?u回t 收V bS 直l径0.4为m/s
粒径为40μm的颗粒定在滞流区 ,其沉降速度
u t d 2 1 s g 8 4 1 0 1 6 2 0 4 3 . 4 8 1 0 . 5 5 0 9 0 . 8 0 0 0 . 1 m 7 / s 0
第三章粉体力学PPT课件
② 在球(球径Dp )与平面间的范德华力
FV
AD p 6l 2
③ 在不同直径的球之间范德华力:
FV
A 12l2
( DP1DP2 ) DP1DP2
A-常数,是材料的固有性质,通常在10-19 J数量级内
6其中一个荷正电 q1,另一个荷 负电 q 2 (库仑单位),两球之间的静电吸引力:
中发现当速度降低时,动摩擦系数值逐渐增加直至达到静摩擦系数值)。
10
3.3 粉体的摩擦角特性
由于颗粒间的摩擦力和内聚力而形成的角统称为摩 擦角。摩擦角分为四类:内摩擦角、安息角、壁面摩擦 角、滑动摩擦角和运动摩擦角. 几种摩擦角的区别:
内摩擦角:反映粉体在密实堆积状态下的颗粒间摩擦特性。
安息角:反映粉体在松散堆积状态下的颗粒间摩擦特性。 壁面摩擦角:反映粉体在密实堆积状态下的颗粒与其它接触体之间的
3
3.1 粉体颗粒接触点上的间力
颗粒接触点上的作用力:使密集态粉体形成一定强度的 力(能抵抗粉体变形、流动的力)
粉体从静止状态到开始变形流动有一个过程,这是 粉体具有一定强度造成的。而粉体的强度是由颗粒间接 触点上存在内聚力和摩擦力所形成的,即内聚力与摩擦 力与促使粉体变形、流动的力相对抗。
4
3.1.2 颗粒间的内聚力
8
图8-1 不同尺寸分离球间液体桥联的粘聚模型
9
3.2 固体表面间的摩擦力 摩擦力等价于由一个固体对抗与其接触的另一个固体运动的 阻力。这个力正切于接触面。 静摩擦系数是物体即将运动时的最大摩擦力与相应的正压力 之比值。 动摩擦系数是两个相对运动的表面间摩擦力与接触面上的正 压力之比值
若不考虑颗粒间内聚力(粘性力)的非线性影响 ,那么就有: ① 摩擦力不取决于接触的表观面积,而仅仅正比于表面上的正荷载; ② 动摩擦系数不取决于相对滑动速度,而且它比静摩擦系数小(但实验
第四章-粉体动力学-PPT
m为料斗形状系数,轴对称圆锥料斗=1,平面对称楔 形料斗=0
料斗中不起拱而流动的 判锯
• 流动函数法: – 在料斗中不起拱而流动的条件是 FF>ff,否则就会起拱堵塞.
– 即在同一预压实应力下, 1 fc 才保证不起拱。
– 如图,粉体a中FF与斗仓 – ff相交于点A,A点为临界 – 流动点,即A左边粉体能 – 流动,右边属于不动区, – 通常改变物料性质或料 – 斗结构就能得到较大的 – FF值和较小的ff值,物料 – 就流出。
第四章 粉体动力学
A、分子间力(London-Vander Weals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: F A ( d1d 2 ) 12 a2 d1 d 2
其中d1、 d2为颗粒径,a为颗粒间距,A为常数=10-13~10-12
第四章 粉体动力学
0.
F
2
R2
R2 2
1 (
R1
)
R2
0. f 4r 1 tan( 2)
第四章 粉体动力学
C、静电粘附力(Coulomb fozce)
带有相反电荷的颗粒会产生吸引力
F
QQ 12 d2
(1
2
a) d
其中Q1 Q2 为电荷量,d为颗粒径 ,a为颗粒间
外缘距离。
当d>>a时,则 1 2 a d 1 其中 为表面电荷密度
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 粉体动力学
料斗中不起拱而流动的 判锯
• 流动函数法: – 在料斗中不起拱而流动的条件是 FF>ff,否则就会起拱堵塞.
– 即在同一预压实应力下, 1 fc 才保证不起拱。
– 如图,粉体a中FF与斗仓 – ff相交于点A,A点为临界 – 流动点,即A左边粉体能 – 流动,右边属于不动区, – 通常改变物料性质或料 – 斗结构就能得到较大的 – FF值和较小的ff值,物料 – 就流出。
第四章 粉体动力学
A、分子间力(London-Vander Weals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: F A ( d1d 2 ) 12 a2 d1 d 2
其中d1、 d2为颗粒径,a为颗粒间距,A为常数=10-13~10-12
第四章 粉体动力学
0.
F
2
R2
R2 2
1 (
R1
)
R2
0. f 4r 1 tan( 2)
第四章 粉体动力学
C、静电粘附力(Coulomb fozce)
带有相反电荷的颗粒会产生吸引力
F
QQ 12 d2
(1
2
a) d
其中Q1 Q2 为电荷量,d为颗粒径 ,a为颗粒间
外缘距离。
当d>>a时,则 1 2 a d 1 其中 为表面电荷密度
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 粉体动力学
(粉体力学)3粉体静力学6莫尔-库仑定律
要点二
材料
不同粒径和密度的粉体材料,如滑石粉、硅石粉等。
实验步骤与结果分析
步骤 1. 将粉体样品装入压力试验机,调整侧压力大小和方向。
2. 在粉体表面施加一定压力,观察粉体的变形情况,记录剪切角的变化。
实验步骤与结果分析
3. 使用测量尺和角度计测量剪切角,并记录数据。
4. 分析实验数据,绘制剪切应力与剪切角之间的关系曲线。
结果分析:根据实验数据,分析剪切应力与剪切角之间的关系,判断莫尔-库仑定律的正确 性。如果实验结果与莫尔-库仑定律一致,则说明该定律适用于该粉体材料;如果实验结果 与定律不一致,则说明该定律不适用于该粉体材料,需要进一步研究其力学特性。
THANKS
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剪切变形
当粉体受到剪切力作用时,其内部粒子之间的排列和堆叠方式会发生改变,导致粉体发生剪切变形。
剪切强度
剪切力的大小会影响粉体的剪切强度,即粉体抵抗剪切变形的力。不同种类的粉体具有不同的剪切强 度,与粒子的粒径、形状和粒度分布等因素有关。
剪切力与摩擦力的关系
相互影响
剪切力和摩擦力在粉体的力学行为中是 相互影响的。在某些情况下,剪切力的 增加会导致摩擦力的减小;而在另一些 情况下,摩擦力的增加会导致剪切力的 减小。
结力等因素有关。
通过实验和数值模拟方法,可 以研究粉体的应力分布规律, 为粉体的加工和应用提供指导。
粉体的应力平衡
01
粉体的应力平衡是指在外力作用下,粉体内部各部 分之间的相互作用力达到平衡状态。
02
粉体的应力平衡可以通过力的平衡方程和本构方程 来描述。
03
了解粉体的应力平衡规律有助于优化粉体的加工工 艺和应用性能。
粉体静力学的基本概念
粉体力学流态化课件
流化床燃烧技术通过将燃料与大量惰性颗粒混合,在流化状态下进行燃烧,能够实 现燃料与空气的充分混合,提高燃烧效率。
流化干燥技术
流化干燥技术是一种高效、节能的干燥技术,广泛应用于化工、制药、 食品等领域。
流化干燥技术利用流态化原理,将湿物料置于流化床上,通过热空气或 其它热源加热,使物料中的水分蒸发并带走热量,实现物料的干燥。
VS
传质特性
在流态化过程中,固体颗粒的运动和混合 促进了物质传递过程,提高了传质效率。
05
粉体流态化的影响因素
颗粒的物理性质
颗粒形状
颗粒的形状影响其与流体的相 互作用,进而影响流态化行为 。例如,球形颗粒具有最小的 流动阻力,而不规则形状颗粒 可能导致更高的流动阻力。
颗粒大小和粒度分布
颗粒的大小和粒度分布影响流 体的穿透能力和颗粒间的相互 作用,从而影响流态化效果。
流体压力
流体压力影响流体作用于颗粒的 力,从而影响流态化效果。较高 的流体压力可能导致更好的流态 化效果。
操作条件的影响
温度
温度影响流体的粘度和颗粒的物理性质,从而影响流态化 效果。在一定范围内,较高的温度可能导致更好的流态化 效果。
压力
压力影响流体的流动特性和颗粒的物理性质,从而影响流 态化效果。在一定范围内,较高的压力可能导致更好的流 态化效果。
安息角是粉体堆积形成的锥体坡面与水平面之间的夹 角,反映了粉体的松散性和稳定性。
摩擦角和安息角是评价粉体流动性的重要参数,对于 粉体的运输、装填、搅拌等工艺过程具有指导意义。
粉体的屈服值
屈服值是指粉体在受到压力时 开始发生形变所需的力值。
屈服值反映了粉体抵抗形变的 能力,是衡量粉体力学稳定性 的重要参数。
了解粉体的屈服值有助于优化 粉体加工工艺,防止粉体在加 工过程中发生形变或破坏。
流化干燥技术
流化干燥技术是一种高效、节能的干燥技术,广泛应用于化工、制药、 食品等领域。
流化干燥技术利用流态化原理,将湿物料置于流化床上,通过热空气或 其它热源加热,使物料中的水分蒸发并带走热量,实现物料的干燥。
VS
传质特性
在流态化过程中,固体颗粒的运动和混合 促进了物质传递过程,提高了传质效率。
05
粉体流态化的影响因素
颗粒的物理性质
颗粒形状
颗粒的形状影响其与流体的相 互作用,进而影响流态化行为 。例如,球形颗粒具有最小的 流动阻力,而不规则形状颗粒 可能导致更高的流动阻力。
颗粒大小和粒度分布
颗粒的大小和粒度分布影响流 体的穿透能力和颗粒间的相互 作用,从而影响流态化效果。
流体压力
流体压力影响流体作用于颗粒的 力,从而影响流态化效果。较高 的流体压力可能导致更好的流态 化效果。
操作条件的影响
温度
温度影响流体的粘度和颗粒的物理性质,从而影响流态化 效果。在一定范围内,较高的温度可能导致更好的流态化 效果。
压力
压力影响流体的流动特性和颗粒的物理性质,从而影响流 态化效果。在一定范围内,较高的压力可能导致更好的流 态化效果。
安息角是粉体堆积形成的锥体坡面与水平面之间的夹 角,反映了粉体的松散性和稳定性。
摩擦角和安息角是评价粉体流动性的重要参数,对于 粉体的运输、装填、搅拌等工艺过程具有指导意义。
粉体的屈服值
屈服值是指粉体在受到压力时 开始发生形变所需的力值。
屈服值反映了粉体抵抗形变的 能力,是衡量粉体力学稳定性 的重要参数。
了解粉体的屈服值有助于优化 粉体加工工艺,防止粉体在加 工过程中发生形变或破坏。
粉体力学6-1
4.2.1 质量流量经验关联公式 因次分析
qm C B g D
2.5 0
C -常数,与内摩擦角有关
不同粉体实验结果的关联表明 qm K B D
n 0
K 是与粉体有关的常数,指数n在2.5~3.0之
间,通常取2.7
4.2.1 质量流量经验关联公式
粉体从柱体底部开口流出或从处于中心流动 的锥体流出时,质量流量常采用关联式
角变形速度(角应变率) 流体微元的角变形率是流体中两条互相垂直的 微元线段旋转角度的平均值
单元操作 装置设计 储存 给料 输送 混合 造粒 分级
力学行为
流动特性
4.4 料仓设计
储料设备的分类
堆场与吊车库 储料设备的作用
1、必须储存一定量的原料,以备不时之需 ;
储料设备分类 地上、地下 2、为保证连续生产,主机设备在检修与停车时,应考虑能满足下一
料仓的有效容积还应考虑安 装料位计、设置安全阀、排
VR— 料仓的容积
VL— 料仓的损失容积 D— 料仓圆筒的内径
气口和人孔等。计算所得的
料仓容积总比实际需要的小, 因此,一般需将计算所得数 据加大1.05~1.18倍。
d— 料仓卸料口的内径
h1— 料仓圆筒的高度 h2— 料仓圆锥部分的高度
料仓的卸料能力
料仓的容量居中,使用周期以天 工序需要的足够储存量,如料仓; 或小时计,主要用于配合几种不 3、 质量均化。典型的设备有预均化堆场和均化库; 储存粉状料的储料设备分类 砖砌、金属、混凝、复合 4、保证上下工序的匹配和平衡 。 同物料或调节前后工序物料平衡。
料库、料仓与料斗
料仓的形状
一、料仓的结构形式
圆筒部分仓壁压力
要点
几点基本假设 当料仓中装满物料时,由于物料与仓壁之间的摩擦力作 料仓中物料层的作用力 1、料仓内物料全部装满;
(粉体力学)3粉体静力学5流动性
粉体的流动模型
剪切流动模型
描述粉体在剪切力作用下 的流动行为,如料仓中物 料在压力差作用下的流动。
压缩流动模型
描述粉体在压缩状态下流 动的行为,如管道中粉体 的流动。
膨胀流动模型
描述粉体在膨胀状态下流 动的行为,如气体在粉体 中的扩散。
粉体的流动参数
流动函数
描述粉体流动性的参数,与休止角、安息角、滑角等 参数相关。
较大。
孔隙率
03
粉体中的孔隙率是指颗粒间的空隙占整个粉体体积的百分比,
孔隙率对粉体的力学性能和流动性有重要影响。
粉体的应力分析
压力
在粉体力学中,压力是指垂直作 用在粉体表面单位面积上的力, 其大小取决于粉体的粒径、密度 和外力的大小。
剪切力
当粉体受到剪切力作用时,颗粒 之间会发生相对位移,剪切力的 大小与颗粒间的摩擦系数、外力 和接触面积有关。
粉体力学之粉体静力学与 流动性
• 粉体静力学概述 • 粉体的流动性 • 粉体静力学与流动性的关系 • 粉体静力学与流动性的实验研究 • 粉体静力学与流动性的工程应用
01
粉体静力学概述
粉体的基本性质
粒径分布
01
粉体由大量固体颗粒组成,颗粒的粒径大小和分布情况是粉体
的基本性质之一。
密度
02
粉体的密度是指单位体积内粉体的质量,不同粉体的密度差异
煤粉燃烧中的粉体静力学 与流动性应用
煤粉燃烧是火力发电厂的重要环节之一,涉 及到煤粉的储存、输送和喷射等过程。在这 些过程中,粉体的静力学和流动性同样发挥 着关键作用。通过优化煤粉的静力学和流动 性特性,可以提高煤粉燃烧的效率和经济性
,降低环境污染。
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第四章-粉体动力学
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。
计算
d T
1.11
F
2
p
(dyne cm2)
T K [3 n(1.91 0.91)
w p (1
w
p
)]
3g d p
(1 w) 3 (1 w)
w
w
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
– 如图,粉体a中FF与斗仓 – ff相交于点A,A点为临界 – 流动点,即A左边粉体能 – 流动,右边属于不动区, – 通常改变物料性质或料 – 斗结构就能得到较大的 – FF值和较小的ff值,物料 – 就流出。
厚德 博学 笃行 创新
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第四章 粉体动力学
二、 流动速度法(双漏斗法)
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第四章 粉体动力学
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一、物料的开放屈服强度(单纯压缩强度fc与流动函数FF,也有称为破坏函数 (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
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。
计算
d T
1.11
F
2
p
(dyne cm2)
T K [3 n(1.91 0.91)
w p (1
w
p
)]
3g d p
(1 w) 3 (1 w)
w
w
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
– 如图,粉体a中FF与斗仓 – ff相交于点A,A点为临界 – 流动点,即A左边粉体能 – 流动,右边属于不动区, – 通常改变物料性质或料 – 斗结构就能得到较大的 – FF值和较小的ff值,物料 – 就流出。
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二、 流动速度法(双漏斗法)
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一、物料的开放屈服强度(单纯压缩强度fc与流动函数FF,也有称为破坏函数 (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
[物理]3 粉体静力学及粉体流动
2018年11月28日星期 三
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3.1 粉体的压力计算
3.1.1 圆筒形容器粉体层压力分布 (詹森Janssen公式)
了解堆积状态下的粉体层压力分布是仓料设计的基础。 (1) 容器内的粉体层处于极限应力状态;(受力最大状态) (2) 同一水平面的铅垂压力相等;(水平和垂直方向的应力是主应力) (3) 粉体物性和堆积结构均一,(内摩擦系数为常数 φi=常数)。
2 2 化简后得: y tan d Pv B g d y 2W Pvdysin Ka cos
3 粉体静力学及粉体流动
3.1 粉体的压力计算
3.2 粉体贮仓的容积计算
3.3 粉体的压缩 3.4 粉体流动
2018年11月28日星期
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3.1 粉体的压力计算
粉体力学 分体在输送、储存中。粒子与粒子之间、粒子与器壁之间由于相 对运动产生摩擦,构成粉体力学。 静力学:研究外力与粉体粒子本身的相互作用力(重力、摩擦力压 力等)之间的平衡关系,如粉体内的压力分布、休止角、内摩擦角、 壁摩擦角等。 动力学:研究粉体在重力沉降、旋转运动、输送、混合、储存、 粒化、颗粒与流体的相互作用等过程中的粒子相互之间的摩擦力、 重力离心力、压力、流体阻力以及运动状态如粉体流动性、颗粒 流体力学性质等。
Pv
Ph
y H
沿壁面的摩擦力为:
2 π rpv d yKa cos tan si n w
2
垂直方向上的力平衡:
π y tan
Pv d Pv B g d y
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3.1 粉体的压力计算
3.1.1 圆筒形容器粉体层压力分布 (詹森Janssen公式)
了解堆积状态下的粉体层压力分布是仓料设计的基础。 (1) 容器内的粉体层处于极限应力状态;(受力最大状态) (2) 同一水平面的铅垂压力相等;(水平和垂直方向的应力是主应力) (3) 粉体物性和堆积结构均一,(内摩擦系数为常数 φi=常数)。
2 2 化简后得: y tan d Pv B g d y 2W Pvdysin Ka cos
3 粉体静力学及粉体流动
3.1 粉体的压力计算
3.2 粉体贮仓的容积计算
3.3 粉体的压缩 3.4 粉体流动
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3.1 粉体的压力计算
粉体力学 分体在输送、储存中。粒子与粒子之间、粒子与器壁之间由于相 对运动产生摩擦,构成粉体力学。 静力学:研究外力与粉体粒子本身的相互作用力(重力、摩擦力压 力等)之间的平衡关系,如粉体内的压力分布、休止角、内摩擦角、 壁摩擦角等。 动力学:研究粉体在重力沉降、旋转运动、输送、混合、储存、 粒化、颗粒与流体的相互作用等过程中的粒子相互之间的摩擦力、 重力离心力、压力、流体阻力以及运动状态如粉体流动性、颗粒 流体力学性质等。
Pv
Ph
y H
沿壁面的摩擦力为:
2 π rpv d yKa cos tan si n w
2
垂直方向上的力平衡:
π y tan
Pv d Pv B g d y
2018年11月28日星期
粉体的团聚与分散机理
粉体的团聚与分散机理
粉体的团聚与分散机理涉及到粉体颗粒之间的相互作用和动力学
过程。
以下是一些常见的团聚与分散机理的解释:
1. 团聚机理:
- 范德华力:粉体颗粒之间存在的分子间作用力,如范德华力,会导致颗粒相互吸引而团聚。
- 静电作用:颗粒表面可能带电荷,导致它们通过静电相互作用而聚集在一起。
- 液桥力:当粉体颗粒处于潮湿环境中时,颗粒间的液体桥梁可以产生吸引力,促使团聚。
- 颗粒间附着力:如果颗粒表面存在粘性物质或吸附层,它们可能通过附着力相互结合。
2. 分散机理:
- 机械力:通过搅拌、振动、研磨等机械手段,可以打破颗粒间的团聚,使粉体分散。
- 表面改性:通过对颗粒表面进行处理,如包覆一层稳定剂或分散剂,可以减少颗粒间的相互作用,提高分散性。
- 静电斥力:通过添加电解质或改变颗粒的表面电荷,可产生静电斥力,阻止颗粒团聚。
- 溶剂作用:选择适当的溶剂体系可以改善颗粒的润湿性,减少团聚倾向。
第四章粉体动力学
C、静电粘附力(Coulomb fozce)
带有相反电荷的颗粒会产生吸引力
F
QQ 12 d2
(1
2
a d
)
其中Q1 Q2 为电荷量,d为颗粒径 ,a为颗粒间
外缘距离。
当d>>a时,则 1 2 a d 1 其中 为表面电荷密度
则
F 1 2
d2
或 F d 2 2 2
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第四章 粉体动力学
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第一节 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、摩擦系数、 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。
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2、 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。
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A、分子间力(London-Vander Weals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
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4.2.1 质量流量经验关联公式 因次分析
qm C B g D
2.5 0
C -常数,与内摩擦角有关
不同粉体实验结果的关联表明 qm K B D
n 0
K 是与粉体有关的常数,指数n在2.5~3.0之
间,通常取2.7
4.2.1 质量流量经验关联公式
粉体从柱体底部开口流出或从处于中心流动 的锥体流出时,质量流量常采用关联式
对于圆形和方形卸料口, i = 1 ; 对于缝形卸料口( L ≥3B) , i = 0
总
结
1、料仓下部的锥面倾角对物料在仓内的流动有重大影响; 2、至少要等于物料的休止角,必须大 于物料与仓壁的摩擦角, 否则,物料就不能全部从仓内流出; 3、一般锥面倾角要比摩擦角大5 °~10°,比储存物料的自然休止 角约大10°~15°。对于整体流的料仓,锥面倾角一般取 55°~ 75°。考虑到较大的倾角会使建筑高度增加,对于直径大于6m的料 库,宜采用2~4个卸料口。 4、减小粉体的壁摩擦角及料仓锥形部分的倾斜角,可以使料仓内 的粉粒体呈整体流;反之,成漏斗流。
将水力半径代入,整理: 测压系数
4
4
dy
RH dpy R H g px
px dpx k 常数 p y dpy
y
水平压力
k ( ) RH g RH px [1 e ]
圆锥部分仓壁压力
要点
料仓中物料层的作用力 如果在仓内充满液体,液体柱自重所引起的侧壁压力与
dNx dN y pN 侧壁的倾斜度无关。但是,如果仓内装的是散粒物料,由 dl
u y
1 1 u y u x d z d1 d 2 x y dt 2 2
在旋转运动中,流体质点的平均旋转角速度等于过该 点的直角角平分线的旋转角速度 每秒内绕同一转 轴的两条互相垂直的微元线段旋转角度的平均值
3、角变形与旋转运动 d z 1 u y u x z
机械拱和粘性拱
对于平均直径较大( > 3000μ m) 的颗粒体, 易形成机械拱
B 6d P
对于平均直径较小的粉体物料, 不产生粘性拱的最小卸料口尺寸
* H ( ) c B g
粉体物料的临界开放屈服强度
粉体密度
1 65 i 200 1i ( )( ) H ( ) 130 200
3、角变形与旋转运动
(d)既变形,又旋转
1 d1 0, d 2 0, d z d1 2
1 (e)既变形,又旋转 d1 0, d 2 0, d z d1 d 2 2
3、角变形与旋转运动
u x dt d1 t gd1 dt d 2 t gd 2 y x
dt
3、角变形与旋转运动
u x d 2 t gd 2 dt y
3、角变形与旋转运动
(a)只变形,不旋转 (b)只旋转,不变形
d1 d 2 d z 0 d1 d 2 d z
1 d1 0, d 2 0, d z d 2 2
(c)既变形,又旋转
料仓的结构型式有多 种,较为常见的有圆筒 形和方形两种。其中以 圆筒形料仓最为常见。 一般在场地面积有限的 情况下有时也将料仓设 计成方形。
二、设计内容
仓壁 料 仓 的 形 状
结构 尺寸 压力
1、在满足足够的强度和刚度条件下,自重轻; 2、能最充分地利用有效容积;
设计要求
3、物料能在自重作用下,通过料仓的卸料口以整体 流动方式可靠而完全地卸出; 4、能适应机械化系统的生产要求。
三、料仓结构设计应遵循的步骤
1、选择合适的流型
料仓流型选择需考虑的问题
2、确定料斗半顶角
料仓流型设计, 就是根据仓存物料的特性(有效
内摩擦角Φ i和壁面摩擦角φ w) , 确定出一个料
斗半顶角θ )
θ
2、确定料斗半顶角
确定一个合适的料斗半顶
角θ ,目的是为了适应所选
择的流型。料仓下料不畅, 关键是倾斜角小于物料安
解: (1) 由求料斗半顶角。
(2) 确定临界开放屈服强度。
(3) 确定H (θ ) 。
(4)确定不形成粘性料拱的最小卸料口直径。
料仓的容积计算
V VR VL
料仓容积 VR
4
D 2 h1
12
h2 ( D 2 d 2 Dd )
VL f L R tgr
3
V— 料仓的有效容积
2、线变形运动
u x l x dxdt x
l y u y y dydt
l x u x x方向的正应变率 xx dxdt x
y方向的正应变率 yy l y dydt u y y
u x u y xx yy x y
dt 2 x y
d x 1 u z u y x y z dt 2
1 u x u z y dt 2 z x d y
3、角变形与旋转运动 微团BAD角的变形
d z d1 d 2
圆筒部分仓壁压力
要点
几点基本假设 当料仓中装满物料时,由于物料与仓壁之间的摩擦力作 料仓中物料层的作用力 1、料仓内物料全部装满;
4
用,仓壁上所承受的压力与物料层高度的关系并不服从流
力的平衡式:
2、同一平面的垂直压力恒定; 体压力分布规律。 2 2 2 ( p y dp y ) D p xD3、物料基本物性和填充状态均一,内摩擦系数为常数。
角变形速度(角应变率) 流体微元的角变形率是流体中两条互相垂直的 微元线段旋转角度的平均值
单元操作 装置设计 储存 给料 输送 混合 造粒 分级
力学行为
流动特性
4.4 料仓设计
储料设备的分类
堆场与吊车库 储料设备的作用
1、必须储存一定量的原料,以备不时之需 ;
储料设备分类 地上、地下 2、为保证连续生产,主机设备在检修与停车时,应考虑能满足下一
料仓的有效容积还应考虑安 装料位计、设置安全阀、排
VR— 料仓的容积
VL— 料仓的损失容积 D— 料仓圆筒的内径
气口和人孔等。计算所得的
料仓容积总比实际需要的小, 因此,一般需将计算所得数 据加大1.05~1.18倍。
d— 料仓卸料口的内径
h1— 料仓圆筒的高度 h2— 料仓圆锥部分的高度
料仓的卸料能力
对于圆锥形料斗,破拱
主应力σ 与最大主应力
σ 1 的关系:
(2 0.015 ) sin i 1 1 sin i
粉体物料的临界开放屈服强度, 指的是相应于 两条曲线σ = f (σ 1 ) 与σ c = F (σ 1 ) 的交点 的开放屈服强度。
应用实例
需要设计一台圆形整体流料仓, 确定料斗半顶角和卸 料口直径B 。已知粉体物料的有效内摩擦角φ = 40°, 壁面摩擦角 δ = 23°, 平均密度ρ =960kg/ m3 。
4 粉体动力学 4 Kinematics of Powder
4.1 粉体流动的流型及偏析现象 4.2 质量流量公式 4.3 粉体微团的运动分析
4.4 料仓设计
4.2 质量流量公式
与流体不同:粉体的质量流量qm与高度H与直径 D无关;与开口尺寸D0、粉体的堆积密度ρB、内 摩擦角Φi、重力加速度g有关
料仓的容量居中,使用周期以天 工序需要的足够储存量,如料仓; 或小时计,主要用于配合几种不 3、 质量均化。典型的设备有预均化堆场和均化库; 储存粉状料的储料设备分类 砖砌、金属、混凝、复合 4、保证上下工序的匹配和平衡 。 同物料或调节前后工序物料平衡。
料库、料仓与料斗
料仓的形状
一、料仓的结构形式
Q 3600A
漏斗流 整体流
K 3.2gRH
K 2gh
1、漏斗流动,物料从卸料口卸出的速度随卸料口尺寸的增大而提高; 整体流动,卸出速度与卸料口尺寸无直接关系。 2、在实际计算时,若料仓中陷落物料容积界线近于仓壁,按整体流形式 计算;若其比料仓容积为小,按漏斗流形式计算;若流动形式难以确定, 按漏斗流形式作初步估算。
正压强: 单位长度上的作用力: 于物料的内摩擦力将使侧壁压力显著降低。 dNx dpx sin ( px dl sin ) sin
dNy dpy cos ( py dl cos ) cos
正压力
pN px sin 2 py cos2
最大主应力σ 1。该应力与料 仓中的料位高度H 有关, 在筒 仓部分, σ 1 随料深按指数规 律增加; 在筒仓与料斗的相接 处, σ 1 达最大; 在料斗部 分, σ 1 线性递减, 至料斗顶 角处, σ 1 降至零。 σ c 随σ 1 的增加而增加, σ c 在h = 0 和h =H 处并不 等于零, 这是由粉体的粘性所 致。粉体物料的开放屈服强度 σ c , 可由剪切试验确定 料拱脚处的支承反作用主应力σ , 简称反作用主应力, 又称 破拱主应力。它主要取决于料斗半顶角和料拱跨度W 等。由 于σ 正比于料拱跨度W , 故在筒仓部分σ 为一常数, 在料斗 部分σ 线性减至零。
Molerus I类粉体
u x u y xx yy x y 0
3、角变形与旋转运动
l B , y u y x dxdt
t gd1
l B , y dx
u y x
dt
小角度
d1 t gd1
u y x
四、物料作用在仓壁上的压力
料仓设计时一定要保证其具有可靠强度来承受物料的压 力,否则生产中将出现料仓开裂甚至倒塌。料仓中的物料压力 可分解成圆筒和圆锥两部分来计算。
料仓内物料的压力作用于料仓侧壁和底部