粉体工程第7讲.

1、第三单元第三单元:填充层结构与粉体层填充层结构与粉体层静力学静力学(4)西南科技大学材料科学与工程学院西南科技大学材料科学与工程学院王玉平王玉平 第第3单元单元 填充层结构与粉体层静力学（填充层结构与粉体层静力学（6学时）学时）知知 识识 点点颗粒堆积特性及表达； 均一球堆积；异径填充；粉体层静力学；重重 点点颗粒的堆积于粉体层静力学； 难难 点点粉体层静力学； 基本要求基本要求1、识、识 记：记：表观密度、填充率、配位数、应力摩尔圆、最大主应力与主应力面、正应力、剪应力、库伦粉体等；2、领、领 会：会：均一球形颗粒群的填充结构的理论和实践、影响颗粒填充的因素，摩尔应力圆的概念及与粉体层的对应

2、关系和图解等；3、简单应用：、简单应用：最密填充理论、粉体层应力计算；4、综合应用：、综合应用：斗仓中粉体的压力分布； 基本假定基本假定:容器内的粉体层处于极限应力状态容器内的粉体层处于极限应力状态;同一水平面的铅直压力恒定同一水平面的铅直压力恒定;粉体的物性和填充状态均一粉体的物性和填充状态均一,因此摩因此摩擦系数为常数擦系数为常数.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 zzBzzzzHzg HzdzdHz 2 ()tancos2 ()tansincoscosrrdzdzHzHz222()tan ()tan () ()tan zzBzzzzHzg HzdzdHz 2 ()tancos2 ()tansincoscosrrdzdzHzHz22()tanzzrrBdgdzHzHzrrzzKrr 2(tantan)()tanzzzzBKKdgdzHz2(tantan)()tanzzzzBKKdgdzHztan2(1)t

5、anmK()zzzzBdmgdzHz当当m=1时，时，()()ln()mzzBC Hzg HzHz当当m1时，时，()()1mBzzgC HzHzm0z 0zz当当m1时，时，0(ln)()ln()zzBBHzgHHg HzHzH当当m1时，时，0()()()11mBBzzgHgHHzHzmHm()1limBzzzHg Hzm()1limlimrrzzBzHzHKKg Hzmtantan()1limlimrrBzHzHKg HzmD DC CA AB B主动态主动态被动态被动态D DH Hy yz z主动态主动态被动态被动态转换面转换面4tan1exp()4 tanABrrzzKgDKzD4t

6、antan1exp()4ABrrKgDzD,4tan1exp()4tanABzz HAKgDHKD4tan1exp()4tanABzzAKgDzKD,4tan1exp()4tanABzz HAKgDHKD,4tan4tan1 exp()exp()4tanPPBzzzz HPKKgDyyKDD,4tan4tan1 exp()exp()4tanPPBzzzz HPKKgDyyKDD,4tan1exp()4tanABzz HAKgDHKD4tan11()exp()4tan4tanPBBzzPAPKgDgDyKKKD4tan11()exp()4tan4tanPBBzzPAPKgDgDyKKKD4tan

7、(1)exp()4tan4tanPBBPrrPzzAKgDgDKKyKD4tantan(1)exp()44PBBPrrAKgDgD KyKD随内摩擦角的增加而迅速增加随内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 00 01 1

8、9.49.42.042.042 218.118.13.933.933 326.226.25.65.64 433.733.77.317.315 540.640.68.818.81z 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)(kPa) r

9、rrr(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 储料设备的分类储料设备的分类 堆场与吊车库堆场与吊车库 茼仓茼仓储料设备分类储料设备分类 按形状分类按形状分类 料斗料斗 地上、地下地上、地下 其他其他分类分类 砖砌、金属、混凝、复合砖砌、金属、混凝、复合 料库、料仓、漏斗料库、料仓、漏斗 储料设备的作用储料设备的作用 1 1、必须储存一定量的原料，以备不时之需必须储存一定量的原料，以备不时之需 ； 2 2、为保证连续生产，

10、主机设备在检修与停车时，应考虑能满足下一为保证连续生产，主机设备在检修与停车时，应考虑能满足下一工序需要的足够储存量，如料仓工序需要的足够储存量，如料仓； 3 3、 质量均化。质量均化。典型的设备有预均化堆场和均化库；典型的设备有预均化堆场和均化库； 4 4、保证上下工序的匹配和平衡保证上下工序的匹配和平衡 。 料仓的形状料仓的形状料仓的容量居中，使用周期以天料仓的容量居中，使用周期以天或小时计，主要用于配合几种不或小时计，主要用于配合几种不同物料或调节前后工序物料平衡同物料或调节前后工序物料平衡。 3.3 料仓设计料仓设计3.3.13.3.1、料仓的结构形式、料仓的结构形式 料仓的结构型式有

11、多料仓的结构型式有多种，较为常见的有圆筒种，较为常见的有圆筒形和方形两种。其中以形和方形两种。其中以圆筒形料仓最为常见。圆筒形料仓最为常见。一般在场地面积有限的一般在场地面积有限的情况下有时也将料仓设情况下有时也将料仓设计成方形。计成方形。3.3.2、设计内容设计内容料仓的形状料仓的形状结构结构尺寸尺寸仓壁仓壁压力压力1 1、在满足足够的强度和刚度条件下，自重轻；、在满足足够的强度和刚度条件下，自重轻；2 2、能最充分地利用有效容积；、能最充分地利用有效容积；3 3、物料能在自重作用下，通过料仓的卸料口、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；以整体流动方式可靠而完

12、全地卸出；4 4、能适应机械化系统的生产要求。、能适应机械化系统的生产要求。设计要求设计要求3.3.33.3.3、料仓结构设计应遵循的步骤、料仓结构设计应遵循的步骤1 1、选择合适的流型、选择合适的流型料仓流型选择需考虑的问题料仓流型选择需考虑的问题2 2、确定料斗半顶角、确定料斗半顶角料仓流型设计料仓流型设计, , 就是根据仓存物料的特性就是根据仓存物料的特性( (有效有效内摩擦角内摩擦角i i和壁面摩擦角和壁面摩擦角w w) , ) , 确定出一个料确定出一个料斗半顶角斗半顶角) )2 2、确定料斗半顶角、确定料斗半顶角确定一个合适的料斗半顶确定一个合适的料斗半顶角角, ,目的是为了适应所

13、选目的是为了适应所选择的流型。料仓下料不畅择的流型。料仓下料不畅, ,关键是倾斜角小于物料安关键是倾斜角小于物料安息角所致。整体流仓必须息角所致。整体流仓必须保证料仓各个部位的倾斜保证料仓各个部位的倾斜角大于物料的安息角。角大于物料的安息角。3、确定料、确定料 仓仓 的的 直直 径径 料仓的高径比关系着基建费料仓的高径比关系着基建费用。由于仓内物料压力的增量用。由于仓内物料压力的增量并不与深度的增量成正比，深并不与深度的增量成正比，深度增加压力增大不多，因此，度增加压力增大不多，因此，选取较大高径比是经济的。通选取较大高径比是经济的。通常料仓直筒部分的高度为其直常料仓直筒部分的高度为其直径的径

14、的2 23 3倍。其直筒部分是主倍。其直筒部分是主要储料部位，其尺寸视储存要储料部位，其尺寸视储存定额而定。定额而定。料仓直径的估算公式料仓直径的估算公式 V V 料仓的几何容积料仓的几何容积 K K 系数，系数，小型仓取小型仓取2.42.4，料库取，料库取1.61.63KVD 4、料仓的卸料口径的确定、料仓的卸料口径的确定 正确选择卸料口径是防止料仓中产生结拱现象的基本方法正确选择卸料口径是防止料仓中产生结拱现象的基本方法，设计料仓时应仔细考虑。影响卸料口径的主要因素有：物料设计料仓时应仔细考虑。影响卸料口径的主要因素有：物料的流动性、物料粒度和均匀性，以及要求的卸料速度等。的流动性、物料粒

15、度和均匀性，以及要求的卸料速度等。对于整体流料仓对于整体流料仓, , 卸料口尺寸太小卸料口尺寸太小, , 将会形成料拱将会形成料拱( (或称架或称架桥桥) ) 。设计计算时。设计计算时, , 用一定性尺寸用一定性尺寸B B来描述卸料口的大小。来描述卸料口的大小。对于圆形卸料口对于圆形卸料口, , B B 等于卸料口直径等于卸料口直径; ; 对于方形卸料口对于方形卸料口, , B B 为对角线长度为对角线长度; ; 对于缝形卸料口对于缝形卸料口, B , B 为缝宽为缝宽( ( L L3 3 B , B , L L 为缝长）。为缝长）。iiH1)200200()13065()(1gHBc*)(机

16、械拱和粘性拱机械拱和粘性拱对于平均直径较大对于平均直径较大( 3000m) ( 3000m) 的颗粒体的颗粒体, , 易形成机械拱易形成机械拱PdB6对于平均直径较小的粉体物料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不产生粘性拱的最小卸料口尺寸粉体物料的临界开放屈服强度粉体物料的临界开放屈服强度粉体密度粉体密度对于圆形和方形卸料口对于圆形和方形卸料口, , i i = 1 ; = 1 ; 对于缝形卸料口对于缝形卸料口( ( L L 33B B) , ) , i i = 0= 0 料仓设计时一定要保证其具有可靠强度来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

17、产中将出现料仓开承受物料的压力，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裂甚至倒塌。料仓中的物料压力可分解成圆圆筒筒和和圆锥圆锥两部分来计算。两部分来计算。1 1、料仓内的物料产生水平力，作用在仓壁上引、料仓内的物料产生水平力，作用在仓壁上引起拉应力；起拉应力；2 2、物料的部分重量通过摩擦力转移到仓壁，引、物料的部分重量通过摩擦力转移到仓壁，引起垂直压缩或弯曲应力。起垂直压缩或弯曲应力。 3.3.43.3.4、物料作用在仓壁上的压力、物料作用在仓壁上的压力3.3.5容量计算 粉体堆积时构成安息角，因粉体堆积时构成安息角，因此产生损失容积。所求的容此产生损失容积。所求的容量为

18、水充满时容积扣除损失量为水充满时容积扣除损失容积后的实际容积。容积后的实际容积。 下列公式为圆筒形容器下列公式为圆筒形容器 损失容积损失容积VL的计算公式：的计算公式：rLrLtgRftgdxxFFdxxFFxFRV 3202023222311334 /cos)(cos)(cos对于棱柱形容器，可看作通过堆积中心铅直分成四个部分计算 ：rLrLtgLftgLV 322323111126)ln(ln VL 中的系数fL fL称为损失系数，可通过图3.23确定：漏斗部分的立体角： 对于棱形容器两面间的立体角，必须大于粉体与容器壁间的摩擦角。料料 仓仓 的的 容容 积积 计计 算算)(DddDhhD

19、VR 22212124 料料仓仓容容积积rLLtgRfV 3 LRVVV V V 料仓的有效容积料仓的有效容积 V VR R 料仓的容积料仓的容积 V VL L 料仓的损失容积料仓的损失容积 D D 料仓圆筒的内径料仓圆筒的内径 d d 料仓卸料口的内径料仓卸料口的内径 h h1 1 料仓圆筒的高度料仓圆筒的高度 h h2 2 料仓圆锥部分的高度料仓圆锥部分的高度料仓的有效容积还应考虑安料仓的有效容积还应考虑安装料位计、设置安全阀、排装料位计、设置安全阀、排气口和人孔等。计算所得的气口和人孔等。计算所得的料仓容积总比实际需要的小，料仓容积总比实际需要的小，因此，一般需将计算所得数因此，一般需将

20、计算所得数据加大据加大1.051.051.181.18倍。倍。 料料 仓仓 的的 卸卸 料料 能能 力力HgRK2 . 3ghK2AQ3600漏斗流漏斗流整体流整体流1 1、漏斗流动，物料从卸料口卸出的速度随卸料口尺寸的漏斗流动，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增大而提高；整体流动，卸出速度与卸料口尺寸无直接关系。关系。2 2、在实际计算时，若料仓中陷落物料容积界线近于仓壁，、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式计算；若流动形式难以确定，按漏斗流形式作初步估算。算。 1、料仓下部的锥面倾角对物料在仓内的流动有重大影响；、料仓下部的锥面倾角对物料在仓内的流动有重大影响；