散體流動性能的優劣直接影響其在垂直螺旋輸送機內的運動狀態。散體的物理特性對散體的流動性有著直接的影響,這些物理特性主要包括散體顆粒的形狀、散體的粒度、散體的堆積角、散體的濕度、散體的孔隙率。我們可以從散體力學相對宏觀的角度和顆粒物質力學相對細觀的角度來進行分析。
1.散體流動性能的宏觀分析在散體的流動過程中,起主要作用的是剪切應力,所以,散體的流動性一般用抗剪強度來表征。散體的抗剪強度是指在外力作用下散體抵抗剪切滑動的極限強度,在達到或者超過該強度時,散體顆粒由靜止狀態轉變到流動狀態。根據抗剪強度的庫倫定律,對于無黏性散體,抗剪強度τ等于內摩擦力和內聚力C之和,即:τ=C+σtanφ。其中:σ為正應力;φ為內摩擦角。內摩擦力阻礙散體顆粒間彼此相互運動或者有相對運動的趨勢,它主要由顆粒間的咬合力和顆粒接觸面分子間的吸附力組成。內聚力的物理意義是指在σ為零時的初始剪切阻力。在垂直螺旋輸送機內,其抗剪強度主要決定于散體的內摩擦系數和壓應力。散體的物理特性對其內摩擦系數有著很大的影響,散體的含水率越高,內摩擦力和粘聚力越大,顆粒形狀的不同會造成散體顆粒間咬合力的變化,此外散體的粒度和散體的孔隙率都會影響散體的內摩擦系數。輸送機的運動參數變化會造成散體邊界應力、自由表面形狀和內部壓應力的變化,從而影響到散體的抗剪強度。
2散體流動性能的細觀分析在垂直螺旋輸送機內,邊界顆粒和相鄰顆粒通過傳力使整個顆粒群在離心力場和重力場的作用下進行運動。當螺旋轉速變化時,引起散體邊界應力變化,通過相鄰顆粒間的傳力使其在垂直螺旋輸送機內流動狀態變化。顆粒間傳力的方式和機制,對散體的流動性能有很大的影響。顆粒物質力學認為,散體的流動過程是力鏈的破壞和重組過程。在垂直螺旋輸送機內,重力場和離心力場的存在使散體內部存在力鏈網,用以抵抗邊界摩擦力,使散體整體在葉片上產生相對運動。在顆粒流動的過程中,力鏈的兩個最直接影響因素為顆粒體積分數和顆粒表面摩擦系數,二者越大,越容易形成穩定的力鏈。
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