粉體剪切儀在粉體設備設計中的應用
粉體設備中料斗設計數據的分析和確定
粉體內任一點的莫爾應力圓在IYF的下方時，粉體將處于靜止狀態；粉體內某一點的莫爾應力圓與IYF相切時，粉體處于臨界流動或流動狀態
把莫爾應力圓與庫侖抗剪強度線相切時的應力狀態，破壞狀態—稱為莫爾－庫侖破壞準則，它是目前判別粉體(粉體單元)所處狀態的*常用或*基本的準則。
根據這一準則，當粉體處于極限平衡狀態即應理解為破壞狀態，此時的莫爾應力圓即稱為極限應力圓或破壞應力圓，相應的一對平面即稱為剪切破壞面（簡稱剪破面）。
對于非粘性粉體 τ=σtgφi 對于粘性粉體 τ= c +σtgφi
Molerus Ⅰ類粉體：初始抗剪強度為零的粉體
Molerus Ⅱ類粉體：初始抗剪強度不為零，但與預壓縮應力無關的粉體
Molerus Ⅲ類粉體：初始抗剪強度不為零，且與預壓縮應力有關的粉體，內摩擦角也與預應力有關
7.3. 粉體的屈服軌跡YL
7.4.料斗半頂角
料倉流型設計, 就是根據倉存物料的特性(有效內摩擦角
Φi和壁面摩擦角φw) , 確定出一個料斗半頂角
θ) ，確定一個合適的料斗半頂角θ,目的是為了適應所選擇的流型。料倉下料不暢,關鍵是傾斜角小于物料安息角所致。整體流倉必須保證料倉各個部位的傾斜角大于物料的安息角。形成整體流的必要條件是料斗半頂角θ要小于θmax
7.5. 卸料口徑
正確選擇卸料口徑是防止料倉中產生結拱現象的基本方法，設計料倉時應仔細考慮。影響卸料口徑的主要因素有：物料的流動性、物料粒度和均勻性，以及要求的卸料速度等。
對于整體流料倉, 卸料口尺寸太小, 將會形成料拱(或稱架橋) 。設計計算時, 用一定性尺寸
B來描述卸料口的大小。對于圓形卸料口,
B 等于卸料口直徑; 對于方形卸料口,
B 為對角線長度; 對于縫形卸料口, B 為縫寬(
L≥3
B , L 為縫長)。
7.6. 機械拱和粘性拱
對于平均直徑較大( > 3000μm) 的顆粒體, 易形成機械拱
對于平均直徑較小的粉體物料, 不產生粘性拱的*小卸料口尺寸
對于圓形和方形卸料口, i = 1 ; 對于縫形卸料口( L ≥3B) , i = 0
a．料倉下部的錐面傾角對物料在倉內的流動有重大影響；
b．至少要等于物料的休止角，必須大于物料與倉壁的摩擦角，否則，物料就不能全部從倉內流出；
c．一般錐面傾角要比摩擦角大5 °～10°，比儲存物料的自然休止角約大10°～15°。對于整體流的料倉，錐面傾角一般取 55°～75°�？紤]到較大的傾角會使建筑高度增加，對于直徑大于6m的料庫，宜采用2～4個卸料口。
d．減小粉體的壁摩擦角及料倉錐形部分的傾斜角，可以使料倉內的粉粒體呈整體流；反之，成漏斗流。
6).屈服軌跡－失效時剪切應力與正應力的關系曲線。屈服軌跡(YL)有時被稱為瞬時屈服軌跡來區分于時間屈服軌跡。
屈服軌跡由粉體的剪切試驗確定：一組粉體樣品在同樣的垂直應力條件下密實，然后在不同的垂直壓力下，對每一個粉體樣品進行剪切破壞試驗。在這種特殊的密實狀態中，得到的粉體破壞包絡線稱為該粉體的屈服軌跡。
10).流動函數FF－特定散裝固體的無側限屈服強度和主要固結應力的關系曲線。
有時也稱做開裂函數，是由Jenike提出的，用來表示松散顆粒粉體的流動性能。
松散顆粒粉體的流動取決于由密實而形成的強度。
當fc=0時，FF=¥，即粉體完全自由流動
流動性的標準分級如下：
FF <1 不流動，凝結
1< FF <2 很粘結，附著性強，流不動
2< FF <4 粘結，有附著性
4< FF <10 容易流動
10< FF 自由流動
影響粉體流動性的因素
- 粉體加料時的沖擊：沖擊處的物料應力可以高于流動時產生的應力；
- 溫度和化學變化：高溫時顆�？赡芙Y塊或軟化，而冷卻時可能產生相變，這些都可能影響粉體的流動性；
- 濕度：濕料可以影響屈服軌跡和壁摩擦系數，而且還能引起料壁黏附；
- 粒度：當顆粒變細時，流動性常常降低，而壁摩擦系數卻趨于增加；
- 振動：細顆粒的物料在振動時趨于密實，引起流動中斷。
11).料斗－料倉結構的融合部分。
23）.壁屈服軌跡WYL－壁剪切應力與壁正應力的關系曲線。壁摩擦角由壁屈服軌跡獲得，為壁剪切應力與壁正應力比率的反正切。
7.7.料倉中*大主應力σ1
*大主應力σ1。該應力與料倉中的料位高度H 有關, 在筒倉部分,
σ1 隨料深按指數規律增加; 在筒倉與料斗的相接處,
σ1 達*大; 在料斗部分,
σ1 線性遞減, 至料斗頂角處,
σ1 降至零。
σc 隨
σ1 的增加而增加,
σc 在
h = 0 和
h =
H 處并不等于零, 這是由粉體的粘性所致。粉體物料的開放屈服強度σc , 可由試驗確定料拱腳處的支承反作用主應力
σ, 簡稱反作用主應力, 又稱破拱主應力。它主要取決于料斗半頂角和料拱跨度
W 等。由
于σ正比于料拱跨度W , 故在筒倉部分
σ為一常數, 在料斗部分
σ線性減至零。
7.8. 粉體物料的臨界開放屈服強度
指的是相應于兩條曲線σ= f (σ1 ) 與
σc =
F (σ1 ) 的交點的開放屈服強度。
7.9. 粉體在料倉中的流動模式
倉中物料呈現的流動模式是理解作用于物料或料倉上各種力的基礎。
倉壁壓力不僅取決于顆粒料沿倉壁滑動引起的摩擦力，而且還取決于加料和卸料過程中形成的流動模式。
漏斗流模式：在平底或帶料斗的料倉中，由于料斗的斜度太小或斗壁太粗糙，顆粒料難以沿斗壁滑動，顆粒料是通過不流動料堆中的通道到達出口的。這種通道常常是圓錐形的，下部的直徑近似等于出口有效面積的*大直徑。這種流動模式也稱為“核心流動”
- 當通道從出口處向上伸展時，它的直徑逐漸增大，如圖5-19所示。
- 如果顆粒料在料位差壓力下固結，物料密實且表現出很差的流動性，那么，有效的流動通道卸空后，就會形成穿孔或管道，如圖5-20所示。
- 情況嚴重時，物料可以在卸料口上方形成料橋或料供，如圖5-21所示。
- 這種流動通道周圍的物料可能是不穩定的，在這種情況下，物料將產生一停一開式的流動、脈沖流動或不平穩流動。這些脈沖可以導致結構的破損。
- 整體流模式這種流動發生在帶有相當陡峭而光滑的料斗筒倉內，物料從出口的全面積上卸出。
- 整體流中，流動通道與料倉壁或料斗壁是一致的，全部物料都處于運動狀態，并貼著垂直部分的倉壁或收縮的料斗壁滑動。
- 如果料面高于料斗與圓筒轉折處上面某個臨界距離，那么料倉垂直部分的物料就可以拴流形式均勻向下移動。
- 如果料位降到轉折點以下，那么通道中心處的物料將流得比倉壁處的物料為快。
- 這種流動發生在帶有相當陡峭而光滑的料斗倉內，物料從出口的全面積上卸出。整體流中，流動通道與料倉或料斗壁是一致的，全部物料都處于運動狀態，并貼著垂直部分的倉壁和收縮的料斗壁移動。
- 如果料面高于料斗與圓筒轉折處上面某個臨界距離，料倉垂直部分的物料就以栓流形式均勻向下移動。料位降到該處以下，通道中心的物料將流得比倉壁處的物料為快。
- 目前，這個臨界料位的高度還不能準確確定，它是物料內摩擦角、料壁摩擦力和料斗斜度的函數。
- 避免了粉料的不穩定流動、溝流和溢流。
- 消除了筒倉內的不流動區。
- 形成了先進先出的流動，*大限度地減少了存儲期間的結塊問題、變質問題或偏析問題。
- 顆粒的偏析被大大的減少或杜絕。
- 顆粒料的密度在卸料時是常數，料位差對它根本沒有影響。這就有可能用容積式拱料裝置來很好地控制顆粒料，而且改善了計量式喂料裝置的性能。
- 由圖可知，fc值和s1值的兩條直線相交于一個臨界值，由此可以確定料拱的尺寸B。根據流動不流動判據，交點以下，粉體物料形成足夠的強度支撐料拱，使流動停止。該點以上，粉體物料的強度不夠，不能形成料拱，就發生重力流動。
- 已經表明穩定料拱的拱腳上作用著主應力s1，它與料拱的跨距B成正比。
- 作用在料拱腳處的主應力可以表示為：
式中，rB-物料容積密度，B-卸料口寬度，q-料斗半頂角， m為料斗形狀系數，軸線對稱的圓錐形料斗，m=1;平面對稱的楔形料斗，m=0
- 在相應的密實應力下，對粉體物料進行剪切試驗，可以確定開放屈服強度fc，由此可以建立該粉體物料的流動函數FF。
7.11流動因子ff：
用來描述流動通道或料斗的流動性。
式中，S（q）為應力函數，對于各種數值不同的有效內摩擦角、壁面摩擦角和料斗半頂角q，Jenike已經算出了它們的流動因素
- 作用在流動通道上的密實應力越高，作用在料拱上的應力越低，那么流動通道的流動性或料斗的流動性就越低。
流動函數FF和流動因素ff見上圖。當密實主應力
s1大于臨界密實主應力，位于fc線之上的s1線部分滿足流動判據，處于料拱上的應力s1超過料拱強度fc, 則發生流動。 s1小于臨界密實主應力時，應力不足以引起破壞，將發生起拱。
- 物料在料倉中的運動模式應為整體流模式，不應出現漏斗流模式。
