粉體密度及流動(dòng)性

1、1第三章第三章 粉體密度及流動(dòng)性粉體密度及流動(dòng)性2第一節(jié)第一節(jié) 粉體的密度粉體的密度粉體的密度是指粉體的密度是指單位體積單位體積粉體的質(zhì)量。粉體的質(zhì)量。粉體的密度根據(jù)所指的體積不同分為：粉體的密度根據(jù)所指的體積不同分為： 真密度、顆粒密度、松密度真密度、顆粒密度、松密度一、粉體密度的概念一、粉體密度的概念31 1、真密度（、真密度（true density) true density) t t 材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量是指粉體質(zhì)量（是指粉體質(zhì)量（w）除以不包括顆粒內(nèi)外空隙）除以不包括顆粒內(nèi)外空隙的體積（真體積的體積（真體積Vt）求得的密度。）求得

2、的密度。t = w/Vt42、顆粒密度（、顆粒密度（granule density) g是指粉體質(zhì)量除以包括開口細(xì)孔與封閉細(xì)孔在是指粉體質(zhì)量除以包括開口細(xì)孔與封閉細(xì)孔在內(nèi)的內(nèi)的顆粒體積顆粒體積Vg所求得密度。所求得密度。g = w/Vg5指粉體質(zhì)量除以該粉體所占容器的體積指粉體質(zhì)量除以該粉體所占容器的體積V（堆積體堆積體積：包括顆粒體積及顆粒之間空隙的體積積：包括顆粒體積及顆粒之間空隙的體積）求得的）求得的密度，亦稱密度，亦稱堆積密度堆積密度(表觀密度、容積密度表觀密度、容積密度)。3、松密度（、松密度（bulk density) bb= w/V6填充粉體時(shí)，經(jīng)一定規(guī)律振動(dòng)或輕敲后測(cè)得填充粉體

3、時(shí)，經(jīng)一定規(guī)律振動(dòng)或輕敲后測(cè)得的密度稱的密度稱振實(shí)密度（振實(shí)密度（tap density） bt。4、振實(shí)密度（、振實(shí)密度（tap density） btbt= w/V若顆粒致密，無細(xì)孔和孔洞，則若顆粒致密，無細(xì)孔和孔洞，則t = g 一般：一般： t g bt b7（一）真密度與顆粒粒度的測(cè)定：（一）真密度與顆粒粒度的測(cè)定： 常用的方法是用液體或氣體將粉體置換的方法。常用的方法是用液體或氣體將粉體置換的方法。 液浸法：液浸法：采用加熱或減壓脫氣法測(cè)定粉體所排開采用加熱或減壓脫氣法測(cè)定粉體所排開 的液體體積，即為粉體的真體積。的液體體積，即為粉體的真體積。二、粉體密度的測(cè)定方法二、粉體密度的測(cè)

4、定方法8比重瓶法比重瓶法測(cè)量原理：測(cè)量原理：將粉體置于加有液體介質(zhì)的容器中，并讓液將粉體置于加有液體介質(zhì)的容器中，并讓液體介質(zhì)充分浸透到粉體顆粒的開孔中。根據(jù)阿基米體介質(zhì)充分浸透到粉體顆粒的開孔中。根據(jù)阿基米 德原理，測(cè)出粉體的顆粒體積，進(jìn)而計(jì)算出單位顆粒德原理，測(cè)出粉體的顆粒體積，進(jìn)而計(jì)算出單位顆粒體積的質(zhì)量。體積的質(zhì)量。比重瓶法測(cè)定基本步驟：比重瓶法測(cè)定基本步驟：（1）比重瓶體積的標(biāo)定）比重瓶體積的標(biāo)定（2）粉體質(zhì)量的稱量）粉體質(zhì)量的稱量（3）粉體體積的測(cè)定）粉體體積的測(cè)定9將粉體裝入容器中所測(cè)得的體積包括粉體真體積、將粉體裝入容器中所測(cè)得的體積包括粉體真體積、粒子內(nèi)空隙、粒子間空隙等。粒

5、子內(nèi)空隙、粒子間空隙等。測(cè)量容器的形狀、大小、物料的裝填速度及裝填測(cè)量容器的形狀、大小、物料的裝填速度及裝填方式等均影響粉體體積。方式等均影響粉體體積。不施加外力時(shí)所測(cè)得的密度為不施加外力時(shí)所測(cè)得的密度為松密度松密度施加外力而使粉體處于最緊充填狀態(tài)下所測(cè)得的施加外力而使粉體處于最緊充填狀態(tài)下所測(cè)得的密度是密度是振實(shí)密度振實(shí)密度。（二）松密度與振實(shí)密度的測(cè)定（二）松密度與振實(shí)密度的測(cè)定10松裝密度測(cè)定裝置一松裝密度測(cè)定裝置一(a) 裝配圖裝配圖 (b) 流速漏斗流速漏斗 (c) 量杯量杯 11松裝密度測(cè)定裝置二松裝密度測(cè)定裝置二(1) 漏斗漏斗(2) 阻尼箱阻尼箱(3) 阻尼隔板阻尼隔板(4)

6、量杯量杯(5) 支架支架12空隙率（空隙率（porosity）是粉體中空隙所占有的比率。）是粉體中空隙所占有的比率。 粒子內(nèi)空隙率粒子內(nèi)空隙率 內(nèi)內(nèi)=（Vg-Vt ） / Vg =1- g / t 粒子間空隙率粒子間空隙率 間間= （ V-Vg ） / V = 1- b/ g 總空隙率總空隙率 總總= （ V -Vt ） / V =1- b/ t三、粉體的空隙率三、粉體的空隙率13在一定填充狀態(tài)下，顆粒體積占粉體體積的比率在一定填充狀態(tài)下，顆粒體積占粉體體積的比率 四、粉體的填充率四、粉體的填充率 gbbgMM粉體填充體積粉體填充體的顆粒體積14第二節(jié)第二節(jié) 粉體的流動(dòng)性粉體的流動(dòng)性粉體的流動(dòng)

7、性（粉體的流動(dòng)性（flowability）與粒子的形狀、大小、）與粒子的形狀、大小、表面狀態(tài)、密度、空隙率等有關(guān)。表面狀態(tài)、密度、空隙率等有關(guān)。粉體的流動(dòng)包括粉體的流動(dòng)包括重力流動(dòng)、壓縮流動(dòng)、流態(tài)化流重力流動(dòng)、壓縮流動(dòng)、流態(tài)化流動(dòng)動(dòng)等。等。一、粉體的流動(dòng)性一、粉體的流動(dòng)性15種類種類現(xiàn)象或操作現(xiàn)象或操作流動(dòng)性的評(píng)價(jià)方法流動(dòng)性的評(píng)價(jià)方法重力流動(dòng)重力流動(dòng)瓶或加料斗中的流出瓶或加料斗中的流出旋轉(zhuǎn)容器型混合器，充填旋轉(zhuǎn)容器型混合器，充填流出速度，壁面摩擦角流出速度，壁面摩擦角休止角，流出界限孔徑休止角，流出界限孔徑振動(dòng)流動(dòng)振動(dòng)流動(dòng)振動(dòng)加料，振動(dòng)篩振動(dòng)加料，振動(dòng)篩充填，流出充填，流出休止角，流出速度，休

8、止角，流出速度，壓縮度，表觀密度壓縮度，表觀密度壓縮流動(dòng)壓縮流動(dòng)壓縮成形（壓片）壓縮成形（壓片）壓縮度，壁面摩擦角壓縮度，壁面摩擦角內(nèi)部摩擦角內(nèi)部摩擦角流態(tài)化流動(dòng)流態(tài)化流動(dòng)流化層干燥，流化層造粒流化層干燥，流化層造粒顆?；蚱瑒┑目諝廨斔皖w?；蚱瑒┑目諝廨斔托葜菇牵钚×骰俣刃葜菇?，最小流化速度16粉體的摩擦角粉體的摩擦角粉體流動(dòng)即顆粒群從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變?yōu)殪o止?fàn)顟B(tài)所形粉體流動(dòng)即顆粒群從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變?yōu)殪o止?fàn)顟B(tài)所形成的角是表征粉體流動(dòng)狀況的重要參數(shù)。成的角是表征粉體流動(dòng)狀況的重要參數(shù)。 由于顆粒間的摩擦力和內(nèi)聚力而形成的角統(tǒng)稱為由于顆粒間的摩擦力和內(nèi)聚力而形成的角統(tǒng)稱為摩擦角。摩擦角。 二、粉體流動(dòng)性的

9、評(píng)價(jià)與測(cè)定方法二、粉體流動(dòng)性的評(píng)價(jià)與測(cè)定方法17休止角是粉體堆積層的自由斜面在靜止的平衡狀休止角是粉體堆積層的自由斜面在靜止的平衡狀態(tài)下，與水平面所形成的態(tài)下，與水平面所形成的夾角夾角。用用 表示，表示， 越小流動(dòng)性越好越小流動(dòng)性越好 可視為粉體的可視為粉體的“粘度粘度” 常用的測(cè)定方法：常用的測(cè)定方法：注入法注入法排出法排出法傾斜角法傾斜角法1、休止角（安息角）、休止角（安息角）( angle of repose) 18休止角的測(cè)定方法休止角的測(cè)定方法rh將粉體注入到某一有限直徑將粉體注入到某一有限直徑的圓盤中心上，直到粉體堆的圓盤中心上，直到粉體堆積層斜邊的物料沿圓盤邊緣積層斜邊的物料沿圓

10、盤邊緣自動(dòng)流出為止，停止注入，自動(dòng)流出為止，停止注入，測(cè)定休止角測(cè)定休止角。tan =h/r19崩塌角：崩塌角：測(cè)定休止角后，將重物至某定高處自由測(cè)定休止角后，將重物至某定高處自由 落下，使料堆產(chǎn)生振動(dòng)，此時(shí)形成的錐角。落下，使料堆產(chǎn)生振動(dòng)，此時(shí)形成的錐角。差角：差角：休止角崩塌角休止角崩塌角20對(duì)于細(xì)顆粒，安息角與粉體從容器流出的速度、對(duì)于細(xì)顆粒，安息角與粉體從容器流出的速度、容器的提升速度、轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)。容器的提升速度、轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)。安息角不是細(xì)顆粒的基本物性安息角不是細(xì)顆粒的基本物性幾點(diǎn)討論：幾點(diǎn)討論：球形顆粒：球形顆粒： a =2328，流動(dòng)性好。，流動(dòng)性好。規(guī)則顆粒：規(guī)則

11、顆粒： a30， 流動(dòng)性較好。流動(dòng)性較好。不規(guī)則顆粒：不規(guī)則顆粒： a 35， 流動(dòng)性一般。流動(dòng)性一般。極不規(guī)則顆粒：極不規(guī)則顆粒：a 40， 流動(dòng)性差。流動(dòng)性差。21影響休止角的因素影響休止角的因素（1） 顆粒的形狀，粒子越接近于球形，其休止角顆粒的形狀，粒子越接近于球形，其休止角 越小越?。?） 顆粒的大小顆粒的大?。? ）粉體的填充狀態(tài)）粉體的填充狀態(tài) 對(duì)于不同粉體，空隙率越大，填充越困難，休止角越大對(duì)于不同粉體，空隙率越大，填充越困難，休止角越大 對(duì)于同種粉體，空隙率越小，休止角越大（接觸點(diǎn)增多）對(duì)于同種粉體，空隙率越小，休止角越大（接觸點(diǎn)增多）（4） 振動(dòng)振動(dòng)（5） 粉料中通入壓縮空

12、氣時(shí)，休止角顯著地減小粉料中通入壓縮空氣時(shí)，休止角顯著地減小22是將物料加入漏斗中，測(cè)量全部物料流出所需的時(shí)是將物料加入漏斗中，測(cè)量全部物料流出所需的時(shí)間，即為流出速度。間，即為流出速度。粉體流動(dòng)性差時(shí)可加入粉體流動(dòng)性差時(shí)可加入100 m的玻璃球助流。的玻璃球助流。流出速度越大，粉體流動(dòng)性越好。流出速度越大，粉體流動(dòng)性越好。 2、 流出速度流出速度(flow velocity) 23流出速度的測(cè)定流出速度的測(cè)定btSRSMt0M：流出粉體的總質(zhì)量：流出粉體的總質(zhì)量S：粉體比表面積：粉體比表面積R：粗糙度系數(shù)：粗糙度系數(shù)S0：小孔面積：小孔面積241.增大粒子大小增大粒子大小對(duì)于粘附性的粉狀粒子

13、進(jìn)行造粒，以減少粒子間的接觸點(diǎn)數(shù)，降低對(duì)于粘附性的粉狀粒子進(jìn)行造粒，以減少粒子間的接觸點(diǎn)數(shù)，降低粒子間的附著力、凝聚力。粒子間的附著力、凝聚力。2.粒子形態(tài)及表面粗糙度粒子形態(tài)及表面粗糙度球形粒子的光滑表面，能減少接觸點(diǎn)數(shù)，減少摩擦力。球形粒子的光滑表面，能減少接觸點(diǎn)數(shù)，減少摩擦力。3.含濕量含濕量適當(dāng)干燥有利于減弱粒子間的作用力。適當(dāng)干燥有利于減弱粒子間的作用力。4.加入助流劑的影響加入助流劑的影響加入加入0.5%2%滑石粉、微粉硅膠等助流劑可大大改善粉滑石粉、微粉硅膠等助流劑可大大改善粉體的流動(dòng)性。但過多使用反而增加阻力。體的流動(dòng)性。但過多使用反而增加阻力。粉體流動(dòng)性的影響因素與改善方法粉

14、體流動(dòng)性的影響因素與改善方法253、內(nèi)摩擦角、內(nèi)摩擦角l粉體層受力小，粉體層外觀上不產(chǎn)生變化粉體層受力小，粉體層外觀上不產(chǎn)生變化l作用力達(dá)到極限應(yīng)力，粉體層突然崩壞作用力達(dá)到極限應(yīng)力，粉體層突然崩壞l極限應(yīng)力狀態(tài)，由一對(duì)正壓力和剪應(yīng)力組成極限應(yīng)力狀態(tài)，由一對(duì)正壓力和剪應(yīng)力組成l在粉體層任意面上加一垂直應(yīng)力，并逐漸增在粉體層任意面上加一垂直應(yīng)力，并逐漸增 加該層面的剪應(yīng)力，加該層面的剪應(yīng)力， 當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到某一值時(shí)，當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到某一值時(shí)， 粉體層將沿此面滑移。粉體層將沿此面滑移。26庫侖定律：庫侖定律：在粉體層中，壓應(yīng)力和剪應(yīng)力之間有在粉體層中，壓應(yīng)力和剪應(yīng)力之間有一個(gè)引起破壞的極限。一個(gè)引起破壞

15、的極限。即在粉體層的任意面上加一定的垂直應(yīng)力，若沿即在粉體層的任意面上加一定的垂直應(yīng)力，若沿這一面的剪應(yīng)力逐漸增加，當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到某一這一面的剪應(yīng)力逐漸增加，當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到某一值時(shí)，粉體沿此面產(chǎn)生滑移。值時(shí)，粉體沿此面產(chǎn)生滑移。微元體在力作用下的變微元體在力作用下的變形與運(yùn)動(dòng)形與運(yùn)動(dòng)27破壞包絡(luò)線方程庫侖粉體)(Ci庫侖定律庫侖定律實(shí)驗(yàn)表明，粉體開始滑移時(shí)，滑移面上的切應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明，粉體開始滑移時(shí)，滑移面上的切應(yīng)力力 是正應(yīng)力是正應(yīng)力的函數(shù)的函數(shù)當(dāng)粉體開始滑移時(shí)，若滑移面上的切應(yīng)力當(dāng)粉體開始滑移時(shí)，若滑移面上的切應(yīng)力與正與正應(yīng)應(yīng) 力力成正比成正比)(f28C：初抗剪強(qiáng)度，與顆粒間附著力有關(guān)：初抗剪強(qiáng)

16、度，與顆粒間附著力有關(guān)C=0，可忽視粉體顆粒間的附著力，因此流動(dòng)性好，可忽視粉體顆粒間的附著力，因此流動(dòng)性好C0，屬于粘性粉體。，屬于粘性粉體。影響初抗剪強(qiáng)度的因素影響初抗剪強(qiáng)度的因素：溫度，粒度及粒度分布，：溫度，粒度及粒度分布，存放時(shí)間和填充程度等。長(zhǎng)期存放時(shí)間，存放時(shí)間和填充程度等。長(zhǎng)期存放時(shí)間，C急劇增急劇增加；振動(dòng)，加；振動(dòng)，C急劇增加。急劇增加。 Cfi)(29內(nèi)摩擦角：內(nèi)摩擦角：粉體層上任意一點(diǎn)的應(yīng)力關(guān)系粉體層上任意一點(diǎn)的應(yīng)力關(guān)系 內(nèi)摩擦角對(duì)無付著性粉體iiiitan)(NFNGF物體在平面或斜面運(yùn)動(dòng)示意圖物體在平面或斜面運(yùn)動(dòng)示意圖NFi30莫爾圓：莫爾圓：用二元應(yīng)力系分析粉體層

17、中某一點(diǎn)的應(yīng)力用二元應(yīng)力系分析粉體層中某一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)莫爾理論，在粉體層內(nèi)任意一點(diǎn)上的壓狀態(tài)，根據(jù)莫爾理論，在粉體層內(nèi)任意一點(diǎn)上的壓應(yīng)力應(yīng)力 ，剪應(yīng)力，剪應(yīng)力，可用最大主應(yīng)力，可用最大主應(yīng)力 1 、最小主應(yīng)、最小主應(yīng)力力 3 ，以及，以及 、 的作用面和的作用面和 1的作用面之間的的作用面之間的夾角夾角來表示，來表示，粉體層相對(duì)應(yīng)力的莫爾圓粉體層相對(duì)應(yīng)力的莫爾圓 312sin22cos223131313庫侖粉體：庫侖粉體：符合庫侖定律的粉體符合庫侖定律的粉體粉體流動(dòng)和臨界流動(dòng)的充要條件粉體流動(dòng)和臨界流動(dòng)的充要條件莫爾莫爾- -庫侖定律：庫侖定律：粉體內(nèi)任一點(diǎn)的莫爾應(yīng)力圓在粉體內(nèi)任一點(diǎn)的莫

18、爾應(yīng)力圓在IYFIYF的下方時(shí)，粉體的下方時(shí)，粉體將處于靜止?fàn)顟B(tài)；將處于靜止?fàn)顟B(tài)；粉體內(nèi)某一點(diǎn)的莫爾應(yīng)力圓與粉體內(nèi)某一點(diǎn)的莫爾應(yīng)力圓與IYFIYF相切時(shí)，粉體處于臨界相切時(shí)，粉體處于臨界流動(dòng)或流動(dòng)狀態(tài)。流動(dòng)或流動(dòng)狀態(tài)。IYFCi粉體處于靜止粉體處于靜止粉體沿該平面滑移粉體沿該平面滑移不會(huì)發(fā)生不會(huì)發(fā)生CCCiii34內(nèi)摩擦角的確定內(nèi)摩擦角的確定直剪試驗(yàn)直剪試驗(yàn) 把圓形盒或方形盒重疊起來，將粉體填充其把圓形盒或方形盒重疊起來，將粉體填充其中，在鉛垂壓力中，在鉛垂壓力 的作用下，再由一盒或中盒施加剪的作用下，再由一盒或中盒施加剪切力，逐漸加大剪切力，當(dāng)達(dá)到極限應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，重疊切力，逐漸加大剪切力，當(dāng)

19、達(dá)到極限應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，重疊的盒子錯(cuò)動(dòng)。測(cè)定錯(cuò)動(dòng)瞬時(shí)的剪切力，記錄數(shù)據(jù)的盒子錯(cuò)動(dòng)。測(cè)定錯(cuò)動(dòng)瞬時(shí)的剪切力，記錄數(shù)據(jù) 1砝碼砝碼 2上盒上盒 3中盒中盒 4下盒下盒圖圖 直剪試驗(yàn)直剪試驗(yàn)35垂直應(yīng)力垂直應(yīng)力 /9.8104Pa0.2530.5050.7551.01剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力/ / 9.8104Pa0.4500.5370.6290.71836有效內(nèi)摩擦角有效內(nèi)摩擦角以比壓實(shí)荷重小的不同垂直作用力進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)，由得以比壓實(shí)荷重小的不同垂直作用力進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)，由得到的到的和和 作圖，得粉體屈服軌跡。作圖，得粉體屈服軌跡。粉體屈服軌跡粉體屈服軌跡 有效屈服軌跡和有效內(nèi)摩擦角有效屈服軌跡和有效內(nèi)摩擦角37

20、4、壁摩擦角和滑動(dòng)摩擦角、壁摩擦角和滑動(dòng)摩擦角壁面摩擦角：壁面摩擦角：粉體與壁面之間的摩擦角。粉體與壁面之間的摩擦角?；瑒?dòng)角：滑動(dòng)角：在某材料的斜面上放上粉體，再慢慢地在某材料的斜面上放上粉體，再慢慢地使其傾斜，當(dāng)粉體滑動(dòng)時(shí)，板面和水平面所形成使其傾斜，當(dāng)粉體滑動(dòng)時(shí)，板面和水平面所形成的夾角。的夾角。研究旋風(fēng)分離收集料斗中顆粒沿錐壁下降時(shí)用此研究旋風(fēng)分離收集料斗中顆粒沿錐壁下降時(shí)用此角角38壓縮度壓縮度表示物質(zhì)壓縮的程度，表示物質(zhì)壓縮的程度，是粉體流動(dòng)性的重是粉體流動(dòng)性的重要指標(biāo)，其大小反映粉體的凝聚性、松軟狀態(tài)。要指標(biāo)，其大小反映粉體的凝聚性、松軟狀態(tài)。 C=(bt - b)/ bt 100

21、% C為壓縮度；為壓縮度；b為最松密度；為最松密度；bt為振實(shí)密度。為振實(shí)密度。壓縮度壓縮度20%以下流動(dòng)性較好。壓縮度增大時(shí)流動(dòng)以下流動(dòng)性較好。壓縮度增大時(shí)流動(dòng)性下降。性下降。5、壓縮度、壓縮度( compressibility) 39（1）壓縮方式：）壓縮方式：靜壓縮：對(duì)整個(gè)表面均勻的壓縮靜壓縮：對(duì)整個(gè)表面均勻的壓縮沖擊壓縮：撞擊壓縮、錘擊壓縮、爆炸壓縮沖擊壓縮：撞擊壓縮、錘擊壓縮、爆炸壓縮壓縮機(jī)理壓縮機(jī)理40 壓縮使粉體粒子之間和粒子內(nèi)部發(fā)生的變化：壓縮使粉體粒子之間和粒子內(nèi)部發(fā)生的變化：（1）粉體粒子間相互推擠，加壓的能量消耗在粒子）粉體粒子間相互推擠，加壓的能量消耗在粒子 間的摩擦上

22、間的摩擦上（2）粉體內(nèi)的架橋崩潰，加壓能消耗在粉體和器壁）粉體內(nèi)的架橋崩潰，加壓能消耗在粉體和器壁 的摩擦上的摩擦上（3）粉體粒子間的物理嚙合，加壓能消耗在粒子變）粉體粒子間的物理嚙合，加壓能消耗在粒子變 形上及作為殘余應(yīng)力形上及作為殘余應(yīng)力（4）粉體粒子的破壞，加壓能消耗在粒子的變形和）粉體粒子的破壞，加壓能消耗在粒子的變形和 破壞破壞（2）壓縮過程壓縮過程41拱橋效應(yīng)：實(shí)際上顆粒不拱橋效應(yīng)：實(shí)際上顆粒不是球形，加上表面粗糙，是球形，加上表面粗糙，其互相交錯(cuò)咬合，形成拱其互相交錯(cuò)咬合，形成拱橋空間橋空間當(dāng)粉體顆粒當(dāng)粉體顆粒B落在落在A上，粉體上，粉體B受到的重力為受到的重力為G，則在接觸處，

23、則在接觸處產(chǎn)生反作用力，其合力為產(chǎn)生反作用力，其合力為P，大小與大小與G相等，但方向相反。相等，但方向相反。粉體自由堆積的孔隙率粉體自由堆積的孔隙率往往比理論計(jì)算值大很多往往比理論計(jì)算值大很多42電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)物料物料固定螺絲固定螺絲V0V1%100btbbtCbtb壓縮度的測(cè)定壓縮度的測(cè)定43測(cè)定壓縮度儀器測(cè)定壓縮度儀器輕敲測(cè)定儀輕敲測(cè)定儀446、開放屈服強(qiáng)度、開放屈服強(qiáng)度 fc粉體結(jié)拱現(xiàn)象粉體結(jié)拱現(xiàn)象開放屈服強(qiáng)度：與自由表面相垂直的表面上只有開放屈服強(qiáng)度：與自由表面相垂直的表面上只有正應(yīng)力而無切應(yīng)力。正應(yīng)力而無切應(yīng)力。此正應(yīng)力是使拱破環(huán)的最大正應(yīng)力，該值是粉體此正應(yīng)力是使拱破環(huán)的最大正應(yīng)力，

24、該值是粉體的物性。的物性。4500iicCfsin1cos2icicccOAffOAtansin22146開放屈服強(qiáng)度測(cè)定開放屈服強(qiáng)度測(cè)定在一個(gè)筒壁無摩擦的、理想的圓柱形圓筒內(nèi)，使粉體在在一個(gè)筒壁無摩擦的、理想的圓柱形圓筒內(nèi)，使粉體在一定的密實(shí)最大主應(yīng)力作用下壓實(shí)。然后，取去圓筒，一定的密實(shí)最大主應(yīng)力作用下壓實(shí)。然后，取去圓筒，在不加任何側(cè)向支承的情況下，觀測(cè)變化情況。在不加任何側(cè)向支承的情況下，觀測(cè)變化情況。 47如果被密實(shí)的粉體試樣不倒塌，（如果被密實(shí)的粉體試樣不倒塌，（b）所示，則說明其）所示，則說明其具有一定的密實(shí)強(qiáng)度，這一密實(shí)強(qiáng)度就是開放屈服強(qiáng)度。具有一定的密實(shí)強(qiáng)度，這一密實(shí)強(qiáng)度就是

25、開放屈服強(qiáng)度。倘若粉體試樣倒塌了，（倘若粉體試樣倒塌了，（c）所示，則說明這種粉體的開）所示，則說明這種粉體的開放屈服強(qiáng)度放屈服強(qiáng)度=0。開放屈服強(qiáng)度值小的粉體，流動(dòng)性好，不易結(jié)拱。開放屈服強(qiáng)度值小的粉體，流動(dòng)性好，不易結(jié)拱。 487、流動(dòng)函數(shù)、流動(dòng)函數(shù)：開放屈服強(qiáng)度：預(yù)密實(shí)應(yīng)力ccffFF流動(dòng)函數(shù)流動(dòng)函數(shù)FF22FF44FF10粉體的流粉體的流動(dòng)性動(dòng)性強(qiáng)粘附性強(qiáng)粘附性流不動(dòng)流不動(dòng)有粘附性有粘附性不易流出不易流出易流動(dòng)易流動(dòng)自由流動(dòng)自由流動(dòng)粉體的團(tuán)粉體的團(tuán)聚性聚性強(qiáng)團(tuán)聚性強(qiáng)團(tuán)聚性團(tuán)聚性團(tuán)聚性輕微團(tuán)聚輕微團(tuán)聚性性不團(tuán)聚不團(tuán)聚49影響粉體流動(dòng)的因素影響粉體流動(dòng)的因素1、溫度和化學(xué)變化、溫度和化學(xué)變

26、化2 2、濕度、濕度3 3、粒度、粒度4 4、振動(dòng)、振動(dòng)4 4、沖擊作用、沖擊作用5 5、50第三節(jié)第三節(jié) 粉體間的作用力粉體間的作用力一、粘附與凝聚一、粘附與凝聚粘附性：指不同分子間產(chǎn)生的引力，如粉體的粒粘附性：指不同分子間產(chǎn)生的引力，如粉體的粒 子與器壁間的粘附；子與器壁間的粘附；凝聚性凝聚性(粘著性粘著性)：指同分子間產(chǎn)生的引力，如粒：指同分子間產(chǎn)生的引力，如粒 子與粒子間發(fā)生的粘附而形成聚集體。子與粒子間發(fā)生的粘附而形成聚集體。51產(chǎn)生粘附性與凝聚性的主要原因：產(chǎn)生粘附性與凝聚性的主要原因：干燥狀態(tài)下：范德華力、靜電力；干燥狀態(tài)下：范德華力、靜電力；潤(rùn)濕狀態(tài)下：主要由粒子表面存在的水分

27、形成潤(rùn)濕狀態(tài)下：主要由粒子表面存在的水分形成液體橋或由于水分的減少而產(chǎn)生的固體橋發(fā)揮液體橋或由于水分的減少而產(chǎn)生的固體橋發(fā)揮作用。作用。 在液體橋中溶解的溶質(zhì)干燥而析出結(jié)晶時(shí)形成在液體橋中溶解的溶質(zhì)干燥而析出結(jié)晶時(shí)形成固體橋，這正是吸濕性粉末容易固結(jié)的原因。固體橋，這正是吸濕性粉末容易固結(jié)的原因。52二、分子間作用力二、分子間作用力作用于粉體粒子分子間的范德華力作用于粉體粒子分子間的范德華力212126RRRRhAFM212hARFM對(duì)于半徑分別為對(duì)于半徑分別為R1及及R2的兩個(gè)的兩個(gè)球形顆粒，分子間作用力球形顆粒，分子間作用力FM為：為： 對(duì)于球與平板：對(duì)于球與平板：h顆粒間距，顆粒間距，n

28、mA哈馬克（哈馬克（Hamaker）常數(shù)，）常數(shù)，J53【例例】 同種物質(zhì)的直徑為同種物質(zhì)的直徑為1m的球形顆粒，其密度為的球形顆粒，其密度為10103kg/m3，當(dāng)兩者表面相距，當(dāng)兩者表面相距0.01 m時(shí)，設(shè)時(shí)，設(shè) A1020 J，試判斷這兩個(gè)聚集的顆粒能否因重，試判斷這兩個(gè)聚集的顆粒能否因重力作用而分離？力作用而分離？54三、靜電作用三、靜電作用荷電的途徑：荷電的途徑：（1）顆粒在其生產(chǎn)過程中顆?？勘砻婺Σ撩鎺щ姡╊w粒在其生產(chǎn)過程中顆?？勘砻婺Σ撩鎺щ姡?）與荷電表面接觸可使顆粒接觸荷電）與荷電表面接觸可使顆粒接觸荷電（3）氣態(tài)離子的擴(kuò)散作用是顆粒帶電的主要途徑）氣態(tài)離子的擴(kuò)散作用是顆粒

29、帶電的主要途徑ppDaDQQF21221Q1、Q2兩顆粒表面帶電量，兩顆粒表面帶電量，Ca 兩顆粒的表面間距兩顆粒的表面間距Dp顆粒直徑顆粒直徑55四、顆粒間的毛細(xì)管力四、顆粒間的毛細(xì)管力液橋：液橋：粉體與固體或粉體顆粒之間的間隙部分存在液體粉體與固體或粉體顆粒之間的間隙部分存在液體時(shí)，稱為液橋時(shí)，稱為液橋 單元操作：過濾、離心分離、造粒單元操作：過濾、離心分離、造粒 空氣濕度：空氣濕度：608056ABpsp0凸面凸面ABpsp0凹面凹面ABABp0平面平面水平面水平面: pl = p0 凸液面凸液面: pl p0 凹液面凹液面: pl 0 ps = plp0 g：一般的一般的2 cossp

30、ghR 曲率半徑曲率半徑R與毛細(xì)管半徑與毛細(xì)管半徑R的關(guān)系的關(guān)系毛細(xì)上升公式：毛細(xì)上升公式：60R1R2aR2AAAA剖 視顆 粒 液 體r顆粒間液橋模型圖顆粒間液橋模型圖 611)sin(sin)cos()2/()cos1 (121RrRarR時(shí)當(dāng)0, 0, 0aR1R2aR2AAAA剖 視顆 粒 液 體r62設(shè)毛細(xì)管壓力作用在液面和球的接觸部分的斷面設(shè)毛細(xì)管壓力作用在液面和球的接觸部分的斷面上，而表面張力平行于兩顆粒連線的分量上，而表面張力平行于兩顆粒連線的分量作用在圓周作用在圓周 上，則液橋附著力由下式表示：上，則液橋附著力由下式表示：2)sin(r)(sin()sin(2r2111si

31、n2)sin(sin2RRrrFk63如顆粒表面親水，當(dāng)顆粒與顆粒相接觸（如顆粒表面親水，當(dāng)顆粒與顆粒相接觸（a0），），且且100400時(shí)，則時(shí)，則 Fk（1.41.8） (顆粒顆粒顆粒顆粒) （顆粒（顆粒平板）平板）rFk464對(duì)液體而言，滿足如下定律：對(duì)液體而言，滿足如下定律：（1）壓力與深度成正比即帕斯卡定律）壓力與深度成正比即帕斯卡定律（2）同一液面上壓力相等，即連通器定律）同一液面上壓力相等，即連通器定律 對(duì)粉體，對(duì)粉體，Jassen作如下假設(shè)：作如下假設(shè)：（1）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)；（2）同一水平的垂直壓力恒定；）同一水平的垂直壓力恒定

32、；（3）粉體的基本物性和填充狀態(tài)均一，故內(nèi)摩擦系數(shù)）粉體的基本物性和填充狀態(tài)均一，故內(nèi)摩擦系數(shù) 為常數(shù)為常數(shù) 第四節(jié)第四節(jié) 粉體壓力計(jì)算粉體壓力計(jì)算一、一、Janssen公式公式65取取h h深處的微元層作為深處的微元層作為研究對(duì)象，當(dāng)其受力研究對(duì)象，當(dāng)其受力平衡時(shí)，在鉛垂方向平衡時(shí)，在鉛垂方向作受力分析為作受力分析為dhpDdppDdhgDpDkpkpppAdppdhAgApwhBii iwhwffB222444)(sin1sin1)()()(蘭肯系數(shù)pp+dpkpkppdhwkpDhdhACDB66取取h深處的微元層作為研究對(duì)象，當(dāng)其受力平衡時(shí)，在鉛深處的微元層作為研究對(duì)象，當(dāng)其受力平衡時(shí)

33、，在鉛垂方向作受力分析為垂方向作受力分析為dhpDdppDdhgDpDwhB222444根據(jù)極限莫爾圓原理及假定根據(jù)極限莫爾圓原理及假定1，對(duì)非粘性粉體，有，對(duì)非粘性粉體，有kppiih sin1sin113 將上式整理后得將上式整理后得 dpDdhpkgDwB 467積分后得：積分后得： CpDkgkDhwBw 4ln4 pwBhDkgdpdh004 68 根據(jù)邊界條件可知，根據(jù)邊界條件可知，當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí) 時(shí)，時(shí)， ，得：，得： 0 h0 p hDkkDgpwwB 4exp14 即：深度為即：深度為 時(shí)，粉體鉛垂壓力時(shí)，粉體鉛垂壓力 與高度與高度 的關(guān)系為：的關(guān)系為： hpgkDpDkgkDhB

34、wwBw ln44ln4 代入得：代入得： gkDCBw ln4h69pkph 水平壓力水平壓力若粉體層的上表層有外載荷若粉體層的上表層有外載荷 p0 存在，存在，則：則： 時(shí)，時(shí)， ，此時(shí)：此時(shí)：0 h0pp hDkkDgpkDgpwwBwB 4exp44070二、料斗（錐體）的壓力分布二、料斗（錐體）的壓力分布* *71以料斗的圓錐頂角為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立如圖所示的直角坐以料斗的圓錐頂角為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立如圖所示的直角坐 標(biāo)系。標(biāo)系。取料斗中的微元，對(duì)該微元作垂直方向上的力平衡。取料斗中的微元，對(duì)該微元作垂直方向上的力平衡。先求與壁面垂直方向上單位面積的壓力先求與壁面垂直方向上單位面積的壓力 c

35、ossincos22dykpw沿壁面長(zhǎng)度方向上的摩擦力為：沿壁面長(zhǎng)度方向上的摩擦力為： )sincos(sincos2222 kppkp72單元體部分粉體沿垂直方向的力平衡：?jiǎn)卧w部分粉體沿垂直方向的力平衡： cossincoscostan2tantan2222pkdyypydygdppywB 整理后得：整理后得： ypgdydpB 式中：式中： （與料斗形狀、壁材料、粉體性質(zhì)有關(guān)）（與料斗形狀、壁材料、粉體性質(zhì)有關(guān)）)sincos(tan222 kw73邊界條件：邊界條件： （1）若外壓為）若外壓為0，即：，即： 時(shí)，時(shí)， ，有：，有： Hy 0p HyygpBln 1 111 HyygpB

36、174 （2）若外壓不為）若外壓不為0，即：，即： Hy 0pp 1 10111 HypHyygpB1 HypHyygpB 0ln 75粉體之所以會(huì)流動(dòng)，是由于平衡條件被破壞后，粉體之所以會(huì)流動(dòng)，是由于平衡條件被破壞后，粉體層沿剪切面的滑動(dòng)和平移。粉體層沿剪切面的滑動(dòng)和平移。三、粉體的重力流動(dòng)三、粉體的重力流動(dòng)整體流整體流 漏斗流漏斗流76倉內(nèi)粉體重力流動(dòng)狀態(tài)和模式倉內(nèi)粉體重力流動(dòng)狀態(tài)和模式 （一）流動(dòng)狀態(tài)（一）流動(dòng)狀態(tài)D：顆粒自由降落區(qū)：顆粒自由降落區(qū) C：顆粒垂直運(yùn)動(dòng)區(qū)：顆粒垂直運(yùn)動(dòng)區(qū) B：團(tuán)塊運(yùn)動(dòng)區(qū)：團(tuán)塊運(yùn)動(dòng)區(qū)A：為顆粒擦過：為顆粒擦過B B區(qū)向出口區(qū)向出口 區(qū)中心方向迅速滾落區(qū)區(qū)中心方向迅速滾落區(qū) E：顆粒不流動(dòng)區(qū)：顆粒不流動(dòng)區(qū) 除了除了E E區(qū)以外，凡處于大于安息角位置的顆粒均區(qū)以外，凡處于大于安息角位置的顆粒均產(chǎn)生流向中心的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生流向中心的運(yùn)動(dòng) 77倉內(nèi)整個(gè)粉體層能夠大致倉內(nèi)整個(gè)粉體層能夠大致上均勻流出，這種流動(dòng)型上均勻流出，