第六章散粒物料特性

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1、第六章散粒物料特性研究对象：散粒体散粒体：一般是指尺寸范围在1μm-104m的大量松散、分离、尺寸形状相差不大的固体颗粒组成的群体，分为粗粒、细粒、粉体等。干散体颗粒（粒体，粉体）湿散体颗粒（颗粒+填隙液体，液桥或浸渍态）多相流（液-固/气-固两相、固-液-气）特点：散—物性、粒度、形状及运动形态分散动—流动、碰撞、凝聚、破裂、破碎主要特性：颗粒物质为一种特殊的物质组态，其性质不同于一般固体、液体和气体如巴西果效应、挤压膨胀、粮仓效应、成拱现象、振动分离、振动图斑、自组织临界现象等。摩擦特性、流动特性、物料对容器的压力特性等应用领域：岩土、矿冶、农业-食品、化工、制药、环境等典型的散体

2、过程：分选、凝聚、混合、装填和压制、推铲、储运、粉碎、爆破、流化等一、摩擦特性LeonadodaVinci第一个提出摩擦基本概念，Amontons实验建立了摩擦定律，Coulomb进一步发展了摩擦定律（库仑定律）。四大经典摩擦定律：摩擦力与载荷成正比摩擦系数与表观接触面积无关（一般仅适用于金属等材料，但不适用于弹性及粘弹性材料）摩擦系数与滑动速度无关（金属材料基本符合该规律，而粘弹性物料则不适用）静摩擦系数大于动摩擦系数（不适用于粘弹性材料，与物料特性有关）F—摩擦力N—垂直载荷fs—静摩擦系数（staticfrictioncoefficient）fk—动摩擦系数（kineticfri

3、ctioncoefficient）Sherwood提出更为广泛接受的摩擦概念摩擦力为作用于接触点上的作用力摩擦力由两部分作用力构成克服变形和剪切的作用力克服表面间粘附的作用力摩擦力正比于实际接触面积摩擦力与接触表面的滑动速度有关（温度变化）摩擦力与接触表面物料特性有关摩擦力与接触表面粗糙度无关（极度光滑、粗糙表面除外）载荷及接触表面特性的影响BowdenandTabor提出了粗糙接触（asperitycontact）概念表面不规则→实际接触面积↓→与名义接触面积无关实际接触面积与载荷大小成正比（载荷↑，塑性变形→实际接触面积↑）↓剪切力—剪切凹凸不平表面粘附力—克服粘附和粘聚作用→测电

4、阻法↓摩擦力正比于实际接触面积，并与物料特性有关↓滑动速度、接触表面温度的影响“stick-slip”粘滑运动过程滑动速度↑→摩擦力↓（接触时间↓，运动平滑）摩擦机械能↑→热能↑→接触表面温度↑↓↓物料接触表面物理特性发生变化→摩擦力↓低速下，v↑→fk↑高速下，v↑→fk↓或保持不变水膜对摩擦的影响Tad---粘附张力Ts---表面张力Tad=2Tscosδ=1完全浸润Ts

5、。一定条件下，表面含水率的增大导致粘附力增加，摩擦力增大。表面粗糙度对摩擦的影响物料滑动上浮物料滑动剪切在较大粗糙度范围内，摩擦系数与表面粗糙度无关摩擦特性参数滑动摩擦角、滚动稳定角—物料与接触表面间的摩擦特性休止角、内摩擦角—物料间的内在摩擦特性滑动摩擦角：表示散粒物料与接触固体相对滑动时，散粒物料与接触面间的摩擦特性滑动摩擦系数：滑动摩擦角的正切值测定方法：1）物料相对于给定摩擦表面移动2）给定摩擦表面相对于物料移动压力对摩擦特性的影响滑动速度对摩擦特性的影响物料含水率对摩擦特性的影响环境湿度对摩擦特性的影响静滑动摩擦系数：玉米茎秆含水率25%→77%↓静滑动摩擦系数↑30%（钢板

6、）、15%（橡胶）动滑动摩擦系数：玉米茎秆含水率13%→88%↓动滑动摩擦系数0.32→0.54（钢板）有些实验表明：当谷物含水率超过13%时，在钢板和木板表面的静滑动摩擦系数随含水率增大而增大，但对动滑动摩擦系数影响不大物料在各种表面上的滑动摩擦系数出现急剧变化↓必须控制环境参数非平衡含水率下的摩擦实验滚动稳定角滚动稳定角：反映物料与接触表面间的滚动摩擦特性F—滚动阻力e—滚动阻力系数滚动的静态稳定角滚动的动态稳定角斜面滚动阻力平面滚动阻力滚动稳定角与物料形状、尺寸、质量、表面特性、接触表面性质等有关休止角休止角：散粒物料由一定高度自然连续下落到平面上所堆积形成的圆锥母线与底平面间的

7、夹角反映散粒物料的内摩擦特性、散落性能主要用于粮仓、料仓等的设计休止角↑，内摩擦力↑，散落性能↓休止角与物料形状、尺寸、质量、表面特性、含水率、堆积密度等有关休止角<崩塌角物料含水率、密度对休止角的影响颗粒在堆积过程中实际存在着多种复杂的运动状态，是由滑动摩擦和滚动摩擦共同决定的，通常情况下颗粒问可能存在4种相对运动：相对静止（颗粒间切向接触力小于最大静滑动摩擦力，且颗粒间力矩小于最大静滚动摩擦力矩）相对滑动（颗粒间切向接触力大于最大静滑动摩擦