粉體工程第7講課件

1、第三單元第三單元:填充層結(jié)構(gòu)與粉體層填充層結(jié)構(gòu)與粉體層靜力學(xué)靜力學(xué)(4)西南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院西南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王玉平王玉平 第第3單元單元 填充層結(jié)構(gòu)與粉體層靜力學(xué)（填充層結(jié)構(gòu)與粉體層靜力學(xué)（6學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）知知 識(shí)識(shí) 點(diǎn)點(diǎn)顆粒堆積特性及表達(dá)； 均一球堆積；異徑填充；粉體層靜力學(xué)；重重 點(diǎn)點(diǎn)顆粒的堆積于粉體層靜力學(xué)； 難難 點(diǎn)點(diǎn)粉體層靜力學(xué)； 基本要求基本要求1、識(shí)、識(shí) 記：記：表觀密度、填充率、配位數(shù)、應(yīng)力摩爾圓、最大主應(yīng)力與主應(yīng)力面、正應(yīng)力、剪應(yīng)力、庫倫粉體等；2、領(lǐng)、領(lǐng) 會(huì)：會(huì)：均一球形顆粒群的填充結(jié)構(gòu)的理論和實(shí)踐、影響顆粒填充的因素，摩爾應(yīng)力圓的概念及與粉體層的對(duì)應(yīng)

2、關(guān)系和圖解等；3、簡(jiǎn)單應(yīng)用：、簡(jiǎn)單應(yīng)用：最密填充理論、粉體層應(yīng)力計(jì)算；4、綜合應(yīng)用：、綜合應(yīng)用：斗倉中粉體的壓力分布； 基本假定基本假定:容器內(nèi)的粉體層處于極限應(yīng)力狀態(tài)容器內(nèi)的粉體層處于極限應(yīng)力狀態(tài);同一水平面的鉛直壓力恒定同一水平面的鉛直壓力恒定;粉體的物性和填充狀態(tài)均一粉體的物性和填充狀態(tài)均一,因此摩因此摩擦系數(shù)為常數(shù)擦系數(shù)為常數(shù).222()444zzBzzzzzzDDgDD 4zzBdgdzDzwzzzzzwtanrrrrzzK4tanzzzzBKdgdzD4tanexp()zzKCzD4tanexp()zzKCzD4tan4tan4tanexp()exp()zzKKKddCzCzdzd

3、zDDD4tanexp()BKdCgzdzD4tanexp()4tanBKgDCCzKD4tanexp()4tanBzzKgDCzKD0z 0zz04tan4tan1 exp()exp()4tanBzzKKgDzzKDD04tan4tan=K1 exp()exp()4tanBrrzzKKgDzKzDD04tan4tantan=1 exp()tanexp()4BrrKKgDzKzDD 00zzwwzzrrwwBzzKKzDKKgD4exp14zzwwzzrrwwBzzKKzDKKgD4exp14HerAD444tanzzBgDK4tanrrBgD4BgDwzBzDgD24wrrwtan4tanz

4、zBgDK4tanrrBgD4BgD950201650490035043./. eDzKKzzzzww 222()tan ()tan () ()tan zzBzzzzH zg H zdzdH z 2 ()tancos2 ()tansincoscosrrdzdzHzHz222()tan ()tan () ()tan zzBzzzzH zg H zdzdH z 2 ()tancos2 ()tansincoscosrrdzdzHzHz22()tanzzrrBdgdzHzHzrrzzKrr 2(tantan)()tanzzzzBKKdgdzHz2(tantan)()tanzzzzBKKdgdzHzta

5、n2(1)tanmK()zzzzBdmgdzHz當(dāng)當(dāng)m=1時(shí)，時(shí)，()()ln()mzzBC Hzg HzHz當(dāng)當(dāng)m1時(shí)，時(shí)，()()1mBzzgC HzHzm0z 0zz當(dāng)當(dāng)m1時(shí)，時(shí)，0(ln)()ln()zzBBHzgHHg HzHzH當(dāng)當(dāng)m1時(shí)，時(shí)，0()()()11mBBzzgHgHHzHzmHm()1limBzzzHg Hzm()1limlimrrzzBzHzHKKg Hzmtantan()1limlimrrBzHzHKg HzmD DC CA AB B主動(dòng)態(tài)主動(dòng)態(tài)被動(dòng)態(tài)被動(dòng)態(tài)D DH Hy yz z主動(dòng)態(tài)主動(dòng)態(tài)被動(dòng)態(tài)被動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換面轉(zhuǎn)換面4tan1exp()4 tanABrrzzKg

6、DKzD4tantan1exp()4ABrrKgDzD,4tan1exp()4tanABzz HAKgDHKD4tan1exp()4tanABzzAKgDzKD,4tan1exp()4tanABzz HAKgDHKD,4tan4tan1 exp()exp()4tanPPBzzzz HPKKgDyyKDD,4tan4tan1 exp()exp()4tanPPBzzzz HPKKgDyyKDD,4tan1exp()4tanABzz HAKgDHKD4tan11()exp()4tan4tanPBBzzPAPKgDgDyKKKD4tan11()exp()4tan4tanPBBzzPAPKgDgDyKK

7、KD4tan(1)exp()4tan4tanPBBPrrPzzAKgDgDKKyKD4tantan(1)exp()44PBBPrrAKgDgD KyKD隨內(nèi)摩擦角的增加而迅速增加隨內(nèi)摩擦角的增加而迅速增加/PAr rr r21 sin()1 sinPirrPArrAiKK111,1()()()11mBBzzzz HgHHyg HymHm111,1()()()11mPBPBrrPzzPzz HKgHHyKg HyKKmHm111,1tan()tan(tan)()11mPBPBrrPzz HKg HyKgHHyKmHm z z zzzz(kPa)(kPa) rrrr(kPa)(kPa)0 00 0

8、0 01 19.49.42.042.042 218.118.13.933.933 326.226.25.65.64 433.733.77.317.315 540.640.68.818.81z z 127.704127.70427.71427.714z z zzzz(kPa)(kPa) rrrr(kPa)(kPa)0 00 00 01 19.49.42.042.042 218.118.13.933.933 326.226.25.65.64 433.733.77.317.315 540.640.68.818.81z z 127.704127.70427.71427.714y yzzzz(kPa)(

9、kPa) rrrr(kPa)(kPa)0 040.640.6186.7186.71 12.142.149.849.842 21.171.175.385.383 30.490.492.252.253.733.730 00 0186.7 儲(chǔ)料設(shè)備的分類儲(chǔ)料設(shè)備的分類 堆場(chǎng)與吊車庫堆場(chǎng)與吊車庫 茼倉茼倉儲(chǔ)料設(shè)備分類儲(chǔ)料設(shè)備分類 按形狀分類按形狀分類 料斗料斗 地上、地下地上、地下 其他其他分類分類 磚砌、金屬、混凝、復(fù)合磚砌、金屬、混凝、復(fù)合 料庫、料倉、漏斗料庫、料倉、漏斗 儲(chǔ)料設(shè)備的作用儲(chǔ)料設(shè)備的作用 1 1、必須儲(chǔ)存一定量的原料，以備不時(shí)之需必須儲(chǔ)存一定量的原料，以備不時(shí)之需 ； 2 2、為保

10、證連續(xù)生產(chǎn)，主機(jī)設(shè)備在檢修與停車時(shí)，應(yīng)考慮能滿足下一為保證連續(xù)生產(chǎn)，主機(jī)設(shè)備在檢修與停車時(shí)，應(yīng)考慮能滿足下一工序需要的足夠儲(chǔ)存量，如料倉工序需要的足夠儲(chǔ)存量，如料倉； 3 3、 質(zhì)量均化。質(zhì)量均化。典型的設(shè)備有預(yù)均化堆場(chǎng)和均化庫；典型的設(shè)備有預(yù)均化堆場(chǎng)和均化庫； 4 4、保證上下工序的匹配和平衡保證上下工序的匹配和平衡 。 料倉的形狀料倉的形狀料倉的容量居中，使用周期以天料倉的容量居中，使用周期以天或小時(shí)計(jì)，主要用于配合幾種不或小時(shí)計(jì)，主要用于配合幾種不同物料或調(diào)節(jié)前后工序物料平衡同物料或調(diào)節(jié)前后工序物料平衡。 3.3 料倉設(shè)計(jì)料倉設(shè)計(jì)3.3.13.3.1、料倉的結(jié)構(gòu)形式、料倉的結(jié)構(gòu)形式 料倉

11、的結(jié)構(gòu)型式有多料倉的結(jié)構(gòu)型式有多種，較為常見的有圓筒種，較為常見的有圓筒形和方形兩種。其中以形和方形兩種。其中以圓筒形料倉最為常見。圓筒形料倉最為常見。一般在場(chǎng)地面積有限的一般在場(chǎng)地面積有限的情況下有時(shí)也將料倉設(shè)情況下有時(shí)也將料倉設(shè)計(jì)成方形。計(jì)成方形。3.3.2、設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容料倉的形狀料倉的形狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸尺寸倉壁倉壁壓力壓力1 1、在滿足足夠的強(qiáng)度和剛度條件下，自重輕；、在滿足足夠的強(qiáng)度和剛度條件下，自重輕；2 2、能最充分地利用有效容積；、能最充分地利用有效容積；3 3、物料能在自重作用下，通過料倉的卸料口、物料能在自重作用下，通過料倉的卸料口以整體流動(dòng)方式可靠而完全地卸出；以整體流動(dòng)

12、方式可靠而完全地卸出；4 4、能適應(yīng)機(jī)械化系統(tǒng)的生產(chǎn)要求。、能適應(yīng)機(jī)械化系統(tǒng)的生產(chǎn)要求。設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求3.3.33.3.3、料倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的步驟、料倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的步驟1 1、選擇合適的流型、選擇合適的流型料倉流型選擇需考慮的問題料倉流型選擇需考慮的問題2 2、確定料斗半頂角、確定料斗半頂角料倉流型設(shè)計(jì)料倉流型設(shè)計(jì), , 就是根據(jù)倉存物料的特性就是根據(jù)倉存物料的特性( (有效有效內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角i i和壁面摩擦角和壁面摩擦角w w) , ) , 確定出一個(gè)料確定出一個(gè)料斗半頂角斗半頂角) )2 2、確定料斗半頂角、確定料斗半頂角確定一個(gè)合適的料斗半頂確定一個(gè)合適的料斗半頂角角, ,目的

13、是為了適應(yīng)所選目的是為了適應(yīng)所選擇的流型。料倉下料不暢擇的流型。料倉下料不暢, ,關(guān)鍵是傾斜角小于物料安關(guān)鍵是傾斜角小于物料安息角所致。整體流倉必須息角所致。整體流倉必須保證料倉各個(gè)部位的傾斜保證料倉各個(gè)部位的傾斜角大于物料的安息角。角大于物料的安息角。3、確定料、確定料 倉倉 的的 直直 徑徑 料倉的高徑比關(guān)系著基建費(fèi)料倉的高徑比關(guān)系著基建費(fèi)用。由于倉內(nèi)物料壓力的增量用。由于倉內(nèi)物料壓力的增量并不與深度的增量成正比，深并不與深度的增量成正比，深度增加壓力增大不多，因此，度增加壓力增大不多，因此，選取較大高徑比是經(jīng)濟(jì)的。通選取較大高徑比是經(jīng)濟(jì)的。通常料倉直筒部分的高度為其直常料倉直筒部分的高度

14、為其直徑的徑的2 23 3倍。其直筒部分是主倍。其直筒部分是主要儲(chǔ)料部位，其尺寸視儲(chǔ)存要儲(chǔ)料部位，其尺寸視儲(chǔ)存定額而定。定額而定。料倉直徑的估算公式料倉直徑的估算公式 V V 料倉的幾何容積料倉的幾何容積 K K 系數(shù)，系數(shù)，小型倉取小型倉取2.42.4，料庫取，料庫取1.61.63KVD 4、料倉的卸料口徑的確定、料倉的卸料口徑的確定 正確選擇卸料口徑是防止料倉中產(chǎn)生結(jié)拱現(xiàn)象的基本方法正確選擇卸料口徑是防止料倉中產(chǎn)生結(jié)拱現(xiàn)象的基本方法，設(shè)計(jì)料倉時(shí)應(yīng)仔細(xì)考慮。影響卸料口徑的主要因素有：物料設(shè)計(jì)料倉時(shí)應(yīng)仔細(xì)考慮。影響卸料口徑的主要因素有：物料的流動(dòng)性、物料粒度和均勻性，以及要求的卸料速度等。的流

15、動(dòng)性、物料粒度和均勻性，以及要求的卸料速度等。對(duì)于整體流料倉對(duì)于整體流料倉, , 卸料口尺寸太小卸料口尺寸太小, , 將會(huì)形成料拱將會(huì)形成料拱( (或稱架或稱架橋橋) ) 。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí), , 用一定性尺寸用一定性尺寸B B來描述卸料口的大小。來描述卸料口的大小。對(duì)于圓形卸料口對(duì)于圓形卸料口, , B B 等于卸料口直徑等于卸料口直徑; ; 對(duì)于方形卸料口對(duì)于方形卸料口, , B B 為對(duì)角線長(zhǎng)度為對(duì)角線長(zhǎng)度; ; 對(duì)于縫形卸料口對(duì)于縫形卸料口, B , B 為縫寬為縫寬( ( L L3 3 B , B , L L 為縫長(zhǎng)）。為縫長(zhǎng)）。iiH1)200200()13065()(1gH

16、Bc*)(機(jī)械拱和粘性拱機(jī)械拱和粘性拱對(duì)于平均直徑較大對(duì)于平均直徑較大( 3000m) ( 3000m) 的顆粒體的顆粒體, , 易形成機(jī)械拱易形成機(jī)械拱PdB6對(duì)于平均直徑較小的粉體物料對(duì)于平均直徑較小的粉體物料, , 不產(chǎn)生粘性拱的最小卸料口尺寸不產(chǎn)生粘性拱的最小卸料口尺寸粉體物料的臨界開放屈服強(qiáng)度粉體物料的臨界開放屈服強(qiáng)度粉體密度粉體密度對(duì)于圓形和方形卸料口對(duì)于圓形和方形卸料口, , i i = 1 ; = 1 ; 對(duì)于縫形卸料口對(duì)于縫形卸料口( ( L L 33B B) , ) , i i = 0= 0 料倉設(shè)計(jì)時(shí)一定要保證其具有可靠強(qiáng)度來料倉設(shè)計(jì)時(shí)一定要保證其具有可靠強(qiáng)度來承受物料的

17、壓力，否則生產(chǎn)中將出現(xiàn)料倉開承受物料的壓力，否則生產(chǎn)中將出現(xiàn)料倉開裂甚至倒塌。料倉中的物料壓力可分解成裂甚至倒塌。料倉中的物料壓力可分解成圓圓筒和圓錐兩部分來計(jì)算。筒和圓錐兩部分來計(jì)算。1 1、料倉內(nèi)的物料產(chǎn)生水平力，作用在倉壁上引、料倉內(nèi)的物料產(chǎn)生水平力，作用在倉壁上引起拉應(yīng)力；起拉應(yīng)力；2 2、物料的部分重量通過摩擦力轉(zhuǎn)移到倉壁，引、物料的部分重量通過摩擦力轉(zhuǎn)移到倉壁，引起垂直壓縮或彎曲應(yīng)力。起垂直壓縮或彎曲應(yīng)力。 3.3.43.3.4、物料作用在倉壁上的壓力、物料作用在倉壁上的壓力3.3.5容量計(jì)算 粉體堆積時(shí)構(gòu)成安息角，因粉體堆積時(shí)構(gòu)成安息角，因此產(chǎn)生損失容積。所求的容此產(chǎn)生損失容積。

18、所求的容量為水充滿時(shí)容積扣除損失量為水充滿時(shí)容積扣除損失容積后的實(shí)際容積。容積后的實(shí)際容積。 下列公式為圓筒形容器下列公式為圓筒形容器 損失容積損失容積VL的計(jì)算公式：的計(jì)算公式：rLrLtgRftgdxxFFdxxFFxFRV 3202023222311334 /cos)(cos)(cos對(duì)于棱柱形容器，可看作通過堆積中心鉛直分成四個(gè)部分計(jì)算 ：rLrLtgLftgLV 322323111126)ln(ln VL 中的系數(shù)fL fL稱為損失系數(shù)，可通過圖3.23確定：漏斗部分的立體角： 對(duì)于棱形容器兩面間的立體角，必須大于粉體與容器壁間的摩擦角。料料 倉倉 的的 容容 積積 計(jì)計(jì) 算算)(D

19、ddDhhDVR 22212124 料料倉倉容容積積rLLtgRfV 3 LRVVV V V 料倉的有效容積料倉的有效容積 V VR R 料倉的容積料倉的容積 V VL L 料倉的損失容積料倉的損失容積 D D 料倉圓筒的內(nèi)徑料倉圓筒的內(nèi)徑 d d 料倉卸料口的內(nèi)徑料倉卸料口的內(nèi)徑 h h1 1 料倉圓筒的高度料倉圓筒的高度 h h2 2 料倉圓錐部分的高度料倉圓錐部分的高度料倉的有效容積還應(yīng)考慮安料倉的有效容積還應(yīng)考慮安裝料位計(jì)、設(shè)置安全閥、排裝料位計(jì)、設(shè)置安全閥、排氣口和人孔等。計(jì)算所得的氣口和人孔等。計(jì)算所得的料倉容積總比實(shí)際需要的小，料倉容積總比實(shí)際需要的小，因此，一般需將計(jì)算所得數(shù)因

20、此，一般需將計(jì)算所得數(shù)據(jù)加大據(jù)加大1.051.051.181.18倍。倍。 料料 倉倉 的的 卸卸 料料 能能 力力HgRK2 . 3ghK2AQ3600漏斗流漏斗流整體流整體流1 1、漏斗流動(dòng)，物料從卸料口卸出的速度隨卸料口尺寸的漏斗流動(dòng)，物料從卸料口卸出的速度隨卸料口尺寸的增大而提高；整體流動(dòng)，卸出速度與卸料口尺寸無直接增大而提高；整體流動(dòng)，卸出速度與卸料口尺寸無直接關(guān)系。關(guān)系。2 2、在實(shí)際計(jì)算時(shí)，若料倉中陷落物料容積界線近于倉壁，、在實(shí)際計(jì)算時(shí)，若料倉中陷落物料容積界線近于倉壁，按整體流形式計(jì)算；若其比料倉容積為小，按漏斗流形按整體流形式計(jì)算；若其比料倉容積為小，按漏斗流形式計(jì)算；若流動(dòng)形式難以確定，按漏斗流形式作初步估式計(jì)算；若流動(dòng)形式難以確定，按漏斗流形式作初步估算。算。 1、料倉下部的錐面傾角對(duì)物料在倉內(nèi)的流動(dòng)有重大影響；、料倉下部的錐面傾角對(duì)物料在倉內(nèi)的流動(dòng)有重大影響