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文檔簡介
1、粉體工程與設(shè)備,煙臺大學(xué)環(huán)境與材料工程學(xué)院,學(xué)習(xí)重點1、休止角及內(nèi)摩擦系數(shù)2、 Janssen(詹森)公式3、流動與不流動的判據(jù),對數(shù)正態(tài)分布應(yīng)用示例,(1)可計算出平均粒徑,(2)可計算出每千克樣品中含有的顆粒個數(shù)n,(3)可計算出比表面積Sw當(dāng)顆粒為球形時,=6,(4)個數(shù)與質(zhì)量兩種基準(zhǔn)分布的變換關(guān)系,第二章 粉體的密度與填充率,粉體的密度系指單位體積粉體的質(zhì)量。 由于粉體的顆粒內(nèi)部和顆粒間
2、存在空隙,粉體的體積具有不同的含義。,一、粉體的密度,粉體的密度根據(jù)所指的體積不同分為:真密度(true density)、顆粒密度(granule density)、松密度(bulk density)三種。,1 真密度(true density) ρt,是指粉體質(zhì)量(W)除以不包括顆粒內(nèi)外空隙的體積(真體積Vt)求得的密度。,ρt = w/Vt,2 顆粒密度(granule density) ρg,是指粉體質(zhì)量除以包括開口細孔與封閉細
3、孔在內(nèi)的顆粒體積Vg所求得密度。,ρg = w/Vg,是指粉體質(zhì)量除以該粉體所占容器的體積V求得的密度,亦稱堆密度。,3 松密度(bulk density) ρb,ρb= w/V,填充粉體時,經(jīng)一定規(guī)律振動或輕敲后測得的密度稱振實密度(tap density) ρbt。若顆粒致密,無細孔和空洞,則ρt = ρg 一般: ρt ≥ ρg > ρbt ≥ ρb,1 填充率ψ:在一定填充狀態(tài)下,顆粒體積占粉體體積的比率
4、。,二、粉體的填充率,2 空隙率ε:空隙體積占粉體填充體積的比率。,第三章 粉體的潤濕性,潤濕性 (wetting) 是指固體界面由固-氣界面變?yōu)楣?液界面現(xiàn)象。,,固體的潤濕性用接觸角θ表示。 液滴在固體表面上所受的力達平衡時符合Yong’s公式: γsg= γsl+ γlgcosθ 式中, γsg、 γsl、 γlg分別固-氣、固-液、氣-液間的界面張力。,θ=0º,完全潤濕; θ=180º
5、;,完全不潤濕; θ=0-90º,能被潤濕;θ=90-180º,不被潤濕。,第四章 粉體流變性,,判斷哪堆粉末流動性好?,一、粉體流動性的表示方法1、休止角2、流速3、內(nèi)摩擦系數(shù),休止角是粉體粒度較粗狀態(tài)下由自重運動所形成的角,又稱作安息角。,1、休止角,休止角,≤ 30° 流動性好≤ 40° 基本滿足≥ 40°
6、 流動性差,粘性粉體或粒徑小于100~200μm的粉體粒子間相互作用力較大而流動性差,相應(yīng)地所測休止角較大。,2、流速,流速:單位時間內(nèi)粉體由一定孔徑的孔或管中流出的速度。,粉體流動性差時可加入100 μm的玻璃球助流。流出速度越大,粉體流動性越好。,3、內(nèi)摩擦系數(shù),(1)莫爾圓,用二元應(yīng)力系分析粉體層中某一點的應(yīng)力狀態(tài),根據(jù)莫爾理論,在粉體層內(nèi)任意一點上的壓應(yīng)力σ,剪應(yīng)力τ,可用最大主應(yīng)力σ1、最小主應(yīng)力σ3,以及σ、τ的作
7、用面和σ1的作用面之間的夾角θ來表示,如下圖所示。,從以上兩式可知, σ的最大值為σ1,最小值為σ3; τ的最大值為(σ1- σ3)/2,最小值為0。,以σ1、σ3的方向為坐標(biāo),畫出如圖5-2所示的粉體層對應(yīng)的任意點處的受力的莫爾圓。 畫法為:取on= σ1,ok= σ3,以om= (σ1+σ3)/2為圓心、km= (σ1- σ3)/2為半徑作圓即成。,(2)內(nèi)摩擦角的確定 a.三軸壓縮試驗,,這些圓的共
8、切線稱為該粉體的破壞包絡(luò)線。這條包絡(luò)線與σ軸的夾角即為該粉體的內(nèi)摩擦角φi。,b.直剪試驗,c.破壞包絡(luò)線方程 用直線表示破壞包絡(luò)線時,可寫成如下形式,此式稱為Coulomb(庫侖)公式,式中內(nèi)摩擦系數(shù)為μi=tanφi,呈直線性的粉體稱為庫侖粉體。 對于庫侖粉體,有如下關(guān)系式,變形后得下式,(3) 壁面摩擦角和滑動摩擦角 壁面摩擦角是粉體與壁面之間的摩擦角。
9、 滑動摩擦角是在某材料的平面上放上粉體,再慢慢地使其傾斜,當(dāng)粉體滑動時,板面和水平面所形成的夾角。,(4) 運動角 在測量內(nèi)摩擦角的直剪法中,隨著剪切盒的移動,剪切力逐漸增加,當(dāng)剪切力達到幾乎不變時的狀態(tài)即所謂動摩擦狀態(tài),這時所測得的摩擦角即可歸類于運動角,亦稱動內(nèi)摩擦角。,二、影響粉體流動性的因素,(1)粒度(2)粒子形狀、表面粗造性(3)吸濕性(4)加入潤滑劑,粒度:在臨界粒子徑以上,
10、隨粒子徑增加,粉體流動性增加。臨界粒子徑:當(dāng)粒子徑小于100微米,粒子容易發(fā)生聚集,內(nèi)聚力超過粒子重力,妨礙了粒子的重力行為,這時的粒子徑稱為臨界粒子徑。,粒子形狀和表面粗糙性:不規(guī)則、粗糙,流動性差。,吸濕性:吸濕性大,休止角大,流動性差。但當(dāng)吸濕量超過一定值后,水分起到潤滑作用,流動性增加。,三、改善流動性的方法,1、適當(dāng)增加粒子徑2、控制含濕量3、添加少量細粉:一般加量為1%~2%,,四、粉體壓力計算,Janssen(詹森)
11、公式 三個假定:(1)容器內(nèi)的粉體層處于極限應(yīng)力狀態(tài);(2)同一水平面的鉛垂壓力相等;(3)粉體的物性和填充狀態(tài)均一。,式中,D為圓筒形容器的直徑;μw為粉體和圓筒內(nèi)壁的摩擦系數(shù);ρB為粉體的填充密度;k是把垂直應(yīng)力σv變換為水平應(yīng)力σh的比例常數(shù)。,將式5-13進行處理、積分后得即為Janssen(詹森)公式。,粉體壓力飽和現(xiàn)象 當(dāng)粉體填充高度達到一定值后,p趨于常數(shù)值,這一現(xiàn)象
12、稱為粉體壓力飽和現(xiàn)象。,五、粉體在料倉中的流動模式(1)粉體從直筒形料倉口流出,(2)漏斗流,漏斗流料倉的缺點:① 出料口的流速可能不穩(wěn)定。② 料拱或穿孔崩塌時,細粉料可能被充氣,并無法控制地傾斜而出。,③ 密實應(yīng)力下,不流動區(qū)留下的顆粒料可能變質(zhì)或結(jié)塊。④ 沿料倉壁長度安裝的料位指示器不能正確指示料倉下部的料位。,(3)整體流,整體流料倉的優(yōu)點:① 避免了粉料的不穩(wěn)定流動、溝流和溢流。② 消除了筒倉內(nèi)的不流動區(qū)。③ 形
13、成了先進先出的流動,最大限度地減少了貯存期間的結(jié)塊問題、變質(zhì)問題和偏析問題。,④ 顆粒的偏析被大大地減少或杜絕。⑤ 顆粒料的密度在卸料時是常數(shù),料位差對它沒有影響。⑥ 因為流量得到很好的控制,因此任意水平橫截面上的壓力將可以預(yù)測,并且相對均勻,物料的密實程度和透氣性能將是均勻的。,六、料倉中顆粒流動分析(1)開放屈服強度fc,(2)流動函數(shù)FF,(3)流動與不流動的判據(jù),fc:開放屈服強度σ1:密實主應(yīng)力 :作用在料
14、拱支腳處的主應(yīng)力,Jenike已經(jīng)指出作用在料拱腳處的主應(yīng)力 (kPa)可以表示為 式中ρB—物料容積密度; B—卸料口寬度 H(θ)—料斗半頂角的函數(shù),流動與不流動判據(jù):當(dāng)fc > 時,粉體物料可形成足夠的強度支撐料拱,使流動停止;而當(dāng)fc < 時,粉體物料的強度不夠,不能形成料拱,就發(fā)生重力流動。,定義流動因數(shù)ff=
15、 σ1/ 用來描述流動通道或料斗的流動性。流動函數(shù)FF和流動因數(shù)ff差異:前者數(shù)值越大,粉體流動性越好;而后者數(shù)值越大,粉體流動性則越差。,流動函數(shù)FF 和流動因數(shù)ff 的關(guān)系,問題: 對料倉中顆粒進行流動分析的用途是什么?,七、整體流料倉的設(shè)計,設(shè)計要求:料斗必須足夠陡峭,使粉體物料能沿斗壁流動,而且開口也要足夠大以防止形成料拱。,形成整體流的條件為FF > ff,即fc < ,取
16、fc crit為結(jié)拱時的臨界開放屈服強度,則有 fc crit < 整理可得,式中ρB—物料容積密度; B—卸料口寬度 H(θ)—料斗半頂角的函數(shù),八、顆粒貯存和流動時的偏析,(1)粉體偏析的機理 a. 細顆粒的滲漏作用 b. 振動 c. 顆粒的下落軌跡 d. 料堆上的沖撞 e. 安息角的
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