1、 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 粉体力学粉体力学1 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 2531531中储粮直属库火灾中储粮直属库火灾 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 3粉体流动会怎样？流动流动15-80次/s 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 45 5 流动流动模型模型玻璃珠流动 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 55 5 流动流动
2、模型模型Surface of slidingThe shape of the surfaces of sliding depends on the stress distribution in the powder and its yield loci. 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 65 5 流动流动模型模型Surface of slidingThe shape of the surfaces of sliding depends on the stress distribution in the powder and its yiel
3、d loci. 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 75 5 流动流动模型模型 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 8A.W.Jenike19391939年年毕业于华沙理工学院的机械工程专业毕业于华沙理工学院的机械工程专业二战后在英国获得了结构工程博士学位二战后在英国获得了结构工程博士学位5 5 流动流动模型模型 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 95 5 流动流动模型模型5.1 流动模型 flow patterns5.2 改流体 insert
4、s5.3 偏析 segregation 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 105 5 流动流动模型模型Discharge of a powder from a cylindrical bin5.1 流动模型 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 115 5 流动流动模型模型Discharge of a granular powder from a 2D flat binBrown和Hawksley观察2D平底料仓中粉体流动时的流型5.1 流动模型 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机
5、械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 125 5 流动流动模型模型12均匀、垂直均匀、垂直偏离垂直方偏离垂直方向向剧烈运动剧烈运动静止不动静止不动 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 135 5 流动流动模型模型流出孔孔径和颗粒直径的流出孔孔径和颗粒直径的比比D0/dp10，流量也，流量也不均匀。不均匀。料仓壁面压力料仓壁面压力 壁面摩擦力壁面摩擦力 加料、卸料过程的流动模式加料、卸料过程的流动模式D0 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 145 5 流动流动模型模型Discharge of b
6、eads from a conical hopperBrown and Richards (1959) filled a 60cone with equal-sized beads in 6 colors. The hopper was emptied into a long trough in such a way that distance along the trough corresponded to the time at which the beads reached the outlet.5.1 流动模型 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘
7、凤霞刘凤霞 Discharge of beads from a conical hopper155 5 流动流动模型模型Brown and Richards (1959) filled a 60cone with equal-sized beads in 6 colors. 5.1 流动模型 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 165 5 流动流动模型模型5.1 流动模型 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 175 5 流动流动模型模型Flow profiles a. mass flow; b.
8、 funnel flow with stagnant zones up to the level of filling; c. funnel flow with stagnant zones in the lower silo part; here the stagnant zones are asymmetric; d. funnel flow with eccentric flow zone5.1 流动模型 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 185 5 流动流动模型模型中心流动（漏斗流动）funnel flow 斜度小 or壁面粗糙5.1
9、 流动模型 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 195 5 流动流动模型模型缺点缺点：F料拱不稳定料拱不稳定流动通道不稳流动通道不稳定定粉料流动不稳定；粉料流动不稳定；F料拱料拱/ /通道崩塌，细粉充气；通道崩塌，细粉充气；F不流动区域变质、结块；不流动区域变质、结块；F料位计的位置。料位计的位置。中心流动（漏斗流动）funnel flow 5.1 流动模型 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 205 5 流动流动模型模型质量流动（整体流动）mass flow 5.1 流动模型斜度大 &壁面光滑
10、 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 215 5 流动流动模型模型质量流动（整体流动）mass flow 5.1 流动模型斜度大 &壁面光滑 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 225 5 流动流动模型模型优点：优点：F避免了粉料的不稳定流动、沟流；避免了粉料的不稳定流动、沟流；F无不流动区域；无不流动区域；FFIFO，无变质、结块、偏析问题；，无变质、结块、偏析问题；F流量易控、压力可预测；流量易控、压力可预测；F连续供料卸料。连续供料卸料。质量流动（整体流动）mass flow 5.1 流动
11、模型 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 235 5 流动流动模型模型Kvapil实验观测方形容器内的堆积的粒子重力流动凡处于大于休止凡处于大于休止角的颗粒均产生角的颗粒均产生流向出口的中心流向出口的中心流动流动5.1 流动模型 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 245 5 流动流动模型模型Kvapil流动椭圆体垂直和滚动不运动流动锥体料仓出口料流形成椭圆体流型较好5.1 流动模型 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 255 5 流动流动模型模
12、型5.1 流动模型Kvapil studied the emptying of a flat bin over a base plate situated below the slot.Trumpet-shaped surfaces of sliding 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 265 5 流动流动模型模型5.1 流动模型 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 275 5 流动流动模型模型5.2 改流体 inserts / flow reulatorsThe rods act as a
13、 self-opening pipe.The 6 rods on the left completely held up the flow. The 3 rods on the right led to the characteristic opening out of the region of flowing material.With 6 rods on both sides a more regular outflow is obtained than is the case when the rods are absent. 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工
14、机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 285 5 流动流动模型模型5.2 改流体 inserts / flow reulatorsDavis(1937) & Kvapil (1959) converted the flow pattern into mass flow by means of the baffle system. 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 料仓内件：壁面上的喷嘴，改流体、管线、水平传感器或者梯子。如需加设内件，必须考虑内件所受应力，而且应力值有可能非常大。内件支撑结构需要承受内件，而且对流型也不利。所以支撑结构的设计必须非常小心
15、。例如，他们的表面必须充分的陡峭以防止形成停滞区域。5 5 流动流动模型模型5.2 改流体 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 Inserts a. inverted cone; b. wedge改流体以及料仓壁面之间结拱的问题5 5 流动流动模型模型5.2 改流体 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 料斗料斗结构改流体必须是在特殊的条件或者任务的前提下才可以使用，如以下几种情况：1.压力、湿度的测量。2.流动形式的改变。3.减少分离、磨损、振动。4.提高质量流量的速率。5.增加气体或者液体。6
16、.减小应力对料仓的影响。7.粉体的均匀与混合。5 5 流动流动模型模型5.2 改流体 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 Applications of inverted cone inserts: a. gas injection; b. enlargement of the flow zone;空气炮空气炮料斗料斗结构冷却粉体或者清洗管路扩大流动区域减小垂直方向的应力5 5 流动流动模型模型5.2 改流体 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 料斗料斗结构改流体一般是用来解决中心流动不是特别严
17、重问题的一种方法5 5 流动流动模型模型5.2 改流体Applications of inverted cone insertsc. inverted cone silo; d. silo with rotary plow 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 a. Silo with cone-in-cone insert silo料斗料斗结构/Cone-in-Cone Cone-in-Cone Binsert当粉体的流动性质较差并且经过一定的存储容易板结的情况下，不建议使用这种改流体。在中心管中，粉体通过气动的作用从底部送到顶部，而且填料可以
18、被循环混合，直到达到要求5 5 流动流动模型模型5.2 改流体b. pneumatic blending silo 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 料斗料斗结构5 5 流动流动模型模型5.2 改流体 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 36http:/ 5 5 流动流动模型模型 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 37偏析偏析5 5 流动流动模型模型 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 385
19、 5 流动流动模型模型偏析segregation：粉体颗粒在运动、堆积或从料仓中排料时，由于粒径、颗粒密度、颗粒形状、表面形状、颗粒的安息角、含湿量等差异，粉体层的组成呈现不均质的现象。粒度分布范围宽的自由流动粉体物料中经常发生70mm的粉料中很少发生5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 395 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 405 5 流动流动模型模型5.3 偏析Brown and Richards,1956A 30:35:35 mix of
20、 dry sand particles of sizes 0.02, 0.07 and 0.15 cm was used.Filling The size of 0.07cm distributed practically uniformly.The excess fines in the center and deficiency near the walls. 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 415 5 流动流动模型模型5.3 偏析The excess fines in the center and deficiency near th
21、e walls. 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 425 5 流动流动模型模型5.3 偏析The excess fines in the center and deficiency near the walls. 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 435 5 流动流动模型模型5.3 偏析Brown and Richards,1956A 30:35:35 mix of dry sand particles of sizes 0.02, 0.07 and 0.15 cm was used.Di
22、scharge 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 44筛分筛分尺寸分布尺寸分布流速流速安息角安息角5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 45v偏析机理：细颗粒的渗流作用振动颗粒的下落轨迹、空气阻力料堆上的冲撞安息角的影响5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 46v偏析机理：细颗粒的渗流作用振动颗粒的下落轨迹、空气阻力料堆上的冲撞安息角的影响5 5 流动流动模型模型5.3 偏
23、析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 47v偏析机理：细颗粒的渗流作用振动颗粒的下落轨迹、空气阻力料堆上的冲撞安息角的影响5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 48v偏析机理：细颗粒的渗流作用振动颗粒的下落轨迹、空气阻力料堆上的冲撞安息角的影响5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 49v偏析机理：细颗粒的渗流作用振动颗粒的下落轨迹、空气阻力料堆上的冲撞安息角的影响5 5 流
24、动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 50v偏析机理：细颗粒的渗流作用振动颗粒的下落轨迹、空气阻力料堆上的冲撞安息角的影响5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 51v偏析机理：细颗粒的渗流作用振动颗粒的下落轨迹、空气阻力料堆上的冲撞安息角的影响Segregation as a result of fines being entrained in flowing air (upward air flow may result from
25、pneumatic conveying or, in case of gravity filling, from air entrained in the particle stream)5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 52v偏析机理：细颗粒的渗流作用振动颗粒的下落轨迹、空气阻力料堆上的冲撞安息角的影响Segregation due to a fluidized layer near the surface of the silo filling5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大
26、连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 53在潮湿粉体中或颗粒小于100mm，由于附着力的影响，单个颗粒的移动性降低从而导致偏析的趋势下降5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 54Mixing and filling process5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 55v偏析防止方法： 三个基本方法： 颗粒改性，降低偏析趋势 优化灌装过程 灌装过程中对已产生偏析的物料进行再混合v 如果混合物存在
27、很强的偏析趋势，解决方案可以是生产完全符合质量要求的混合物。5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 56v偏析防止方法： 三个基本方法： 颗粒改性，降低偏析趋势 优化灌装过程 灌装过程中对已产生偏析的物料进行再混合偏析的主要起因：颗粒大小、形状、密度，降低其偏差。增加颗粒间附着力来降低颗粒的流动性。加入液体（水、油）或降低粒度（颗粒尺寸小于50m，筛分和渗透作用的偏析的趋势显著降低）来增大粘附力。但是，混合物的组分重新构架，例如，对一个组分和另一个组分进行包覆。5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体
28、力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 5 5 流动流动模型模型5.3 偏析57v偏析防止方法： 三个基本方法： 颗粒改性，降低偏析趋势 优化灌装过程 灌装过程中对已产生偏析的物料进行再混合 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 5 5 流动流动模型模型5.3 偏析58v偏析防止方法： 三个基本方法： 颗粒改性，降低偏析趋势 优化灌装过程 灌装过程中对已产生偏析的物料进行再混合Methods for distributed filldispersion baffle with mixing tube beneat
29、h an inclined chutedispersion baffle within a cylindrical skirtmultiple fill points rotating chute with variable inclinationdispersion baffle charged from abovedispersion baffle beneath an inclined chute 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 595 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学
30、院所所 刘凤霞刘凤霞 12345 偏斜运动12345高炉布料溜槽5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 61v偏析防止方法： 三个基本方法： 颗粒改性，降低偏析趋势 优化灌装过程 灌装过程中对已产生偏析的物料进行再混合bulk material going in at 900 to the silo wall thus segregating over the cross-section reduction of segregation by directing the material stream upwa
31、rd to a deflector platereduction of segregation by separating particles from the air stream with a cycloneSegregation due to the effect of air resistance when pneumatically conveying a bulk solid into a bin 5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 62v偏析防止方法： 三个基本方法： 颗粒改性，降低偏析趋势
32、优化灌装过程 灌装过程中对已产生偏析的物料进行再混合separation of particles from the air stream with a cyclone, dispersion of the material stream on a flat conehelical slidefilling tube Methods to reduce segregation resulting from the effect of air streams5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 63v偏析防止方
33、法： 三个基本方法： 颗粒改性，降低偏析趋势 优化灌装过程 灌装过程中对已产生偏析的物料进行再混合Device for accelerated de-aeration 5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 64v偏析防止方法： 三个基本方法： 颗粒改性，降低偏析趋势 优化灌装过程 灌装过程中对已 产生偏析的 物料 进行再混合a. mass flow;fines content vs. discharged mass during complete emptying (in principle)b./c. fu
34、nnel flow with differently shaped stagnant zones; 高径比大的筒仓流动效果好通常筒仓不应被经常性的排空。最低料位大约是料斗顶部以上圆柱段的直径的0.75倍左右5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 65v偏析防止方法： 三个基本方法： 颗粒改性，降低偏析趋势 优化灌装过程 灌装过程中对已 产生偏析的 物料 进行再混合Silo with two outlet openingsunsymmetrical filling, symmetrical dischargesy
35、mmetrical filling, unsymmetrical discharge5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 66v偏析防止方法： 三个基本方法： 颗粒改性，降低偏析趋势 优化灌装过程 灌装过程中对已 产生偏析的 物料 进行再混合Funnel flow silo with discharge tube; sequence of discharge: A, B, C, D5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 67v
36、偏析防止方法： 三个基本方法： 颗粒改性，降低偏析趋势 优化灌装过程 灌装过程中对已 产生偏析的 物料 进行再混合Investigated variants of loading silos for the storage of plaster; a. original funnel flow silo (直径3200mm，高度11700mm); b. funnel flow silo with bin activator; c. funnel flow silo with inverted cone insert; d. funnel flow silo with filling tube
37、and pneumatic discharge aids (not shown); e. mass flow silo with steeper hopper石灰（细颗粒，大约30%90m）5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 68v偏析防止方法： 三个基本方法： 颗粒改性，降低偏析趋势 优化灌装过程 灌装过程中对已 产生偏析的 物料 进行再混合abedc5 5 流动流动模型模型5.3 偏析 粉体力学粉体力学 大连理工大学大连理工大学化工机械学院化工机械学院所所 刘凤霞刘凤霞 5 5 流动流动模型模型69v偏析防止方法：5.3 偏析谢谢 谢！谢！70
