粉体流变学-分析粉体流与不流行为
第5章 粉体的流变学
2
5.1
附着力
AR • 球与平板的力为： FM 2 12 h
R1 R2
• （2） 颗粒间的静电作用力 • 荷电的起因：1.颗粒在其生产过程中颗 粒靠表面摩擦面带电。2.与荷电表面接 触可使颗粒接触荷电。3.气态离子的扩 散作用 • 颗粒间的静电力:
Q1Q2 F 2 Dp a 1 2 Dp
2 2
得出
dp B g dy
p y
B gy y 1 • 当y=H时，p=0，α≠1，解得 p 1 H H • 若α=1，则 p B g y ln y
• 当y=H时，p=p0 ，α≠1时，则
pp
oo
2 2
mm
• 图5-3
莫尔圆上倾角为最大的状态
2.内摩擦角的确定
• (1)三轴压缩试验 如图5-4所示将粉体 试料填充在圆筒状橡胶薄膜内，然后用 流体侧 向压制。用一个活塞单向压缩该 圆柱体直到破坏，在垂直方向获得最大 主应力，同时在水平方向获得最小主应 力，这些应力对组成了莫尔圆。以砂为 例的测定值见表5-1所示。
1—砝码 2—上盒 3中盒 4—下盒 图5-7 直剪试验
表5-2
垂直应力MPa
直剪试验的例子
0.253 0.505 0.755 1.01
剪切应力MPa
0.450 0.537
0.629
0.718
• （3） 破坏包络线方程式 用直线表示破坏包 络线时，可写成如下的形式 • τ=σtgφi+c=μσ+c （5-3） • 此式称为 Coulomb 公式，式中内摩擦系数为， 呈直线性的粉体称为库仑粉体。无附着性粉体， c＝0；对于附着性粉体，由于内聚力的作用， 引入附着力c项。 •
影响粉体流动性的五种因素,水分检测方法,粉体工程应用
影响粉体流动性的五种因素，水分检测方法，粉体工程应用粉体之所以流动，其本质是粉体中粒子受力的不平衡，对粒子受力分析可知，粒子的作用力有重力、颗粒间的黏附力、摩擦力、静电力等，对粉体流动影响最大的是重力和颗粒间的黏附力。
影响粉体流动性的因素非常复杂，粒径分布和颗粒形状对粉体的流动性具有重要影响。
此外，温度、含水量、静电电压、空隙率、堆密度、粘结指数、内部摩擦系数、空气中的湿度等因素也对粉体的流动性产生影响。
通过分析粉体流动性的影响因素，对于采用科学的方法测量粉体流动性具有重要意义。
一、粉体的应用粉体加工技术与相关自然科学的理论应用到具体的粉体加工生产部门中所形成的综合知识和手段称之为粉体工程。
粉体技术是解决具体技术问题的思想和技巧，而粉体工程则是以粉体技术为核心与相关技术组合，形成解决工程化生产问题的专业系统手段。
作为材料类专业的学生，应该掌握这种工程化的粉体加工技术。
在实施特点上看，粉体工程是基于颗粒与粉体自身性质和过程现象，将系统化的知识和方法运用于工业生产中所采用的粉体应用技术的总称。
以粉体特性为基础，掌握粉体现象，对粉体的加工过程实施不同的单元作业。
从单元操作的纵向分类来看，粉体工程涵盖了破碎、粉碎、分级、贮存、充填、输送、造粒、混合、过滤、沉降、浓缩、集尘、干燥、溶解、析晶、分散、成形、烧成等。
根据各个产业中粉体加工对象的不同，粉体工程学已广泛应用到建材、机械、能源、塑料、橡胶、矿山、冶金、医药、食品、饲料、农药、化肥、造纸、资源、环保、信息、航空、航天、交通等几乎国民经济发展的各个领域。
二、影响粉体流动性的五种因素1.粒度:粉体比表面积与粒度成反比，粉体粒度越小，则比表面积越大。
随着粉体粒度的减小，粉体之间分子引力、静电引力作用逐渐增大，降低粉体颗粒的流动性；其次，粉体粒度越小，粒子间越容易吸附、聚集成团，黏结性增大，导致休止角增大，流动性变差；再次，粉体粒度减小，颗粒间容易形成紧密堆积，使得透气率下降，压缩率增加，粉体的流动性下降。
第四章-粉体流变学
第四章-粉体流变学
粉体流变学研究的是粉体在外加应力下的变形和流动行为。
粉体是指细小颗粒的固体物质，如粉末、颗粒、颗粒团等。
粉体流变学的研究对于很多工业过程和产品设计都非常重要，特别是涉及到粉末冶金、陶瓷制备、药物制剂、食品加工等领域。
粉体流变学主要研究粉体在外加应力作用下的变形和流动行为。
其流变性质可以通过测量粉体的应力-应变关系来描述。
粉体的流变行为受到多种因素的影响，包括粉体的颗粒形状、颗粒尺寸分布、颗粒间的相互作用力等。
常见的粉体流变行为包括流动、变形和黏弹性行为。
在粉体流变学研究中，常用的实验方法包括剪切流变实验、振动流变实验和压缩流变实验等。
剪切流变实验是通过施加剪切应力来研究粉体的流动行为；振动流变实验是通过施加振动应力来研究粉体
1
的流动特性；压缩流变实验则是通过施加压缩应力来研究粉体的变
形行为。
粉体流变学的研究有助于了解粉体的流动性能和变形特性，为工程
应用提供理论基础和实验依据。
同时，粉体流变学的研究结果也对
设备设计和工艺控制具有指导意义，能够提高工艺效率和产品质量。
2。
第三章 粉体的物性与流变学
设密度ρ1的大颗粒单独填充时空隙率为ε1，将ρ2、 ε2的小颗粒填充到大颗粒的空隙中，则填充体单位 体积大颗粒的质量W1为： W1＝（1－ε1） ρ1
小颗粒质量
W2＝ ε1 （1－ ε2 ） ρ2
混合物中大颗粒的质量比率为
f W1
(1 1)1
W1 W2 (1 1)1 2 (1 1)2
36
2.2 影响休止角的因素 （1） 颗粒的形状 （2） 颗粒的大小 （3 ）粉体的填充状态
对于不同粉体，空隙率越大，填充越困难，休止角越大 对于同种粉体，空隙率越小，休止角越大（接触点增多）
（4） 振动 （5） 粉料中通入压缩空气时，休止角显著地减小
37
3、 流出速度(flow velocity) 将物料加入漏斗中，测量全部物料流出所需的时
9
(a) 装配图
(b) 流速漏斗 松装密度测定装置一
(c) 量杯
10
(1) 漏斗 (2) 阻尼箱 (3) 阻尼隔板 (4) 量杯 (5) 支架
松装密度测定装置二
11
第二节 粉体的填充与堆积
一、粉体的空隙率 空隙率（porosity）是粉体中空隙所占有的比率。 粒子内空隙率 内=（Vg-Vt ） / Vg =1-g / t 粒子间空隙率 间= （ V-Vg ） / V = 1- b/g 总空隙率 总= （ V -Vt ） / V =1- b/t
粒子间的附着力、凝聚力。
2.粒子形态及表面粗糙度
球形粒子的光滑表面，能减少接触点数，减少摩擦力。
3.含湿量
适当干燥有利于减弱粒子间的作用力。
4.加入助流剂的影响
加入0.5%～2%滑石粉、微粉硅胶等助流剂可大大改善粉
体的流动性。但过多使用反而增加阻力。
精选粉体流动与输送设备概论
特点：
4、流送式
1）空气输送斜槽将空气不断通过多孔透气层充入粉状物料中，使物料变成类似流体性质，因而能由机槽的高端流向低端。2）物料集团输送也称为栓流气力输送，是通过气体压力将管道内的物料分割成许多间断的料栓，并被气力推动沿管道输送。
空气输送斜槽
栓流气力输送
1、输送管道结构简单，占据地面和空间小，走向灵活，管理简单。2、物料在管道内密闭输送，不受环境、气候等条件影响，物料漏损、飞扬量很少，环境卫生较好。3、设备操作控制容易实现自动化。4、输送量和输送距离较大，可沿任意方向输送。可把输送和有些工艺过程(干燥、冷却、混合、分选等)联合进行。
输送皮带
传动辊筒
园柱齿轮减速机
圆锥齿轮减速机
电动机
传动辊筒
油冷式电动辊筒
（3）传动滚筒的型式
为了有效的传递动力可通过下列途径增大胶带与滚筒表面的摩擦系数。光面 胶面增大胶带与滚筒间的接触面积，即增大包角。增大胶带对滚筒的压力—加压辊。
4 改向辊筒
作用：改变输送带的运行方向180o改向滚筒一般用作尾部滚筒或垂直拉紧滚筒 ；90o改向滚筒一般用作垂直拉紧装置上方的改向轮；小于45o改向滚筒一般用作增面轮。
二、空气通过颗粒层的几种状态
是利用空气的动压和静压，使物料颗粒悬浮于气流中或成集团沿管道输送。前者称为物料悬浮输送，后者称为物料集团输送。
三、工作原理
四、类型
1、压送式气力输送装置
1）输送距离较远；可同时把物料输送到几处。2）供料器较复杂；只能同时由一处供料。3）风机磨损小。
特点：
2、吸送式气力输送装置
1）供料装置简单，能同时从几处吸取物料，而且不受吸料场地空间大小和位置限制。2）因管道内的真空度有限，故输送距离有限。3）装置的密封性要求很高；4）当通过风机的气体没有很好除尘时，将加速风机磨损。
利用粉体流变仪简易精准地测量粉体流动性 流变仪工作原理
利用粉体流变仪简易精准地测量粉体流动性流变仪工作原理分散性固体如粉体、颗粒材料遍布于几乎全部行业的很多加工过程中。
粉体的生产和研发可能会很困难，由于他们多而杂的物理特性取决于本身的性质和一系列外部因素。
粉体的特性物理在生产流程中可能发生变化，尤其在条件或者环境发生变化的时候。
例如，粉体从缝隙中释放时会表现为流体化特性，而在贮藏时又表现为固体化特性。
影响粉体流动性的因素粉体的流动性取决于一系列因素。
一方面是材料内部参数，比如颗粒大小、尺寸分布、颗粒形态能猛烈的影响粉体的处理。
另一方面，一系列外部因素也能更改粉体的流动性如湿度、温度等外部环境的变化，或者团聚体的处理加工过程。
为了确保顺当的处理加工，的质量掌控手段特别紧要。
粉体的特点可以通过安东帕流变仪的粉体测量单元来确定什么是内聚强度？内聚强度描述了粉体产生流动的内部阻力，因此用于测量粉体的流动本领。
它被定义为粉体颗粒之间的相互作用力强度。
基于内聚强度，您可以推想粉体是否能在加工过程中顺畅的流动，以及粉体的性质是否发生了变化。
这种测量方式用于质量掌控特别理想，由于它们可以快速有效地进行测量，同时供应重现性帮忙推想粉体的流动。
内聚强度测量还可以作为更加多而杂的质量掌控体系的基础，可以指明在加工或处理过程中可能会发生的问题。
此外，还可以供应更多的参数，如空气保持本领以及通过机械搅拌时的通气行为。
这可用于讨论粉体在气动输送、压片或装填等过程中的性能。
什么是流动指数？流动指数仿佛Carr指数和Hausner比值，通常通过察看粉体的可压缩性来测量。
可压缩性和粉体流动受到很多因素的影响，比如颗粒大小、形状、弹性、含水量和温度等。
推想这些因素对粉体流动性的影响很难很多而杂，因此通常直接讨论流动行为更简单一些。
为此，可压缩性通常通过对比自由放置的聚积密度和处理后的振实密度，得出Carr指数。
Hausner比值同样通过对比物质的聚积密度和振实密度来得到，但计算方式略微有些不同。
第四章_粉体流变学
②假定粉体层是完全均质的 ③假定粉体的整体的连续介质
整体连续介质模型，可求解某点任一截面上的应力 整体连续介质模型，可求解某点任一截面上的应力 某点
os 2θ ) 2 1 2 cos θ = (1 + cos 2θ ) 2 τ xy = τ yx
2
4.1.1 内摩擦角
二、莫尔应力圆
解之得： 解之得：
(σ x − σ y ) 1 ⋅ cos 2θ − τ xy ⋅ sin 2θ σ = (σ x + σ y ) + 2 2 (σ x − σ y ) τ= ⋅ sin 2θ + τ xy ⋅ cos 2θ 2
第四章 粉体流变学
粉体流变学是研究粉体流动与变形的科学， 粉体流变学是研究粉体流动与变形的科学，包 括：
粉体静力学： 粉体静力学：研究外界施予粉体的力和粉体粒子 本身相互作用的质量力、摩擦力、 本身相互作用的质量力、摩擦力、压力之间的平衡 关系，涉及粉体内部的压力分布 安息角、 压力分布、 关系，涉及粉体内部的压力分布、安息角、内摩擦 壁摩擦角等粉体静力学性质 等粉体静力学性质。 角、壁摩擦角等粉体静力学性质。 粉体动力学：研究粉体在重力沉降、旋转运动、 粉体动力学：研究粉体在重力沉降、旋转运动、 输送、混合、贮存、粒化、 输送、混合、贮存、粒化、颗粒与流体相互作用等 过程中的颗粒的相互间的摩擦力、重力、离心力、 过程中的颗粒的相互间的摩擦力、重力、离心力、 压力、流体阻力以及运动状态，涉及到粉体流动性 流动性、 压力、流体阻力以及运动状态，涉及到粉体流动性、 颗粒流体力学性质等动力学性质 颗粒流体力学性质等动力学性质
粉体综合流动性实验
实验1 粉体综合流动性实验一、目的意义粉体是由不连续的微粒构成，是固体的特殊形态。
它具有一些特殊的物理性质，如巨大的比表面积和很小的松密度，以及凝聚性和流动性等。
在分体的许多单元操作过程中涉及粉体的流动性能，例如粉体的生产工艺、传输、贮存、装填以及工业中的粉末冶金、医药中不同组分的混合等。
粉体的流动性能随产地、生产工艺、粒度、水分含量、颗粒形状、压实力大小和压实时间长短等因素的不同而有明显的变化，所以测定粉体的流动性和对粉体工程具有重要的意义。
而Carr指数法是工业上评价粉体流动性最常用的方法，由于这种方法快速、准确、适用范围广、易操作等一系列优点而被广泛应用于粉体特性的综合评判和粉体系统的设计开发中。
本实验的目的：（1）了解粉体流动性测定的意义；（2）掌握粉体流动性的测定方法；（3）了解粒度和水分对粉体流动性的影响。
二、基本原理Carr指数法是卡尔教授通过大量实验，在综合研究了影响粉体流动性和喷流性的几个单项粉体物性值得基础上，将其每个特征指数化并累加以指数方式来表征流动性的方法。
Carr指数分为流动性指数和喷流性指数。
流动性指数是由测量结果参照Carr流动性指数表得到与其相对应得单项Carr指数值（安息角、压缩率、平板角和粘附度/均齐度），将其数值累加，计算出流动性指数合计，用取得的总分值来综合评价粉体的流动性质；喷流性指数是单项检测项目（流动性指数、崩溃角、差角、分散度）指数化后的累积和。
卡尔流动性指数表见表1-1。
安息角：粉体堆积层的自由表面在平衡状态下，与水平面形成的最大角度叫做安息角。
它是通过特定方式使粉体自然下落到特定平台上形成的。
安息角对粉体的流动性影响最大，安息角越小，粉体流动性越好。
安息角也称休止角、自然坡度角等。
安息角的理想状态与实际状态示意图如图示。
崩溃角：给测量安息角的堆积粉体上以一定的冲击，使其表面崩溃后圆锥体的底角成为崩溃角。
平板角：将埋在分体中的平板向上垂直提起，粉体在平板上的自由表面（斜面）和平板之间的夹角与收到振动之后的夹角的平均值称为平板角。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
粉体流变学-分析粉体流与不流行为
1）.
内摩擦角-横坐标和屈服轨迹的切线之间的角。
2
）.有效内摩擦角--由Jenike 定义的有效屈服轨迹的倾斜角（EYL ）。
有效屈服轨迹与横坐标之间的夹角称为有效内摩擦角δ。
它与粉体物料的内摩擦角有关，是衡量处于流动状态粉体流动阻力的一个参数。
当δ增加时，颗粒的流动性就降低。
对于给定的物体粉料，这个值常常随密实应力的降低而增大，但密实应力很低时，甚至可达900。
对于大多数物料， δ值在250到700之间。
流动时，最大主应力和最小主应力之比可以用有效屈服轨迹函数来表示：
则 3）.莫尔应力圆－图形表示正应力和剪切应力坐标系中的应力状态，即正应力，
t-平面。
4).正应力－通常作用于要求平面的应力。
也叫固结应力或压实应力.
5).剪切应力T-平行作用于平面表面的应力。
6).屈服轨迹－失效时剪切应力与正应力的关系曲线。
屈服轨迹(YL)有时被称为瞬时屈服轨迹来区分于时间屈服轨迹。
屈服轨迹由粉体的剪切试验确定：一组粉体样品在同样的垂直应力条件下密实，然后在不同的垂直压力下，对每一个粉体样品进行剪切破坏试验。
在这种特殊的密实状态中，得到的粉体破坏包络线称为该粉体的屈服轨迹。
7).有效屈服轨迹（EYL ）－直线通过正应力的原点,t-平面，并与稳定状态的莫尔圆相切,符合给定堆积密度的散装固体的稳态流动条件.
8).失败(散装固体的)－过度固结的散装固体塑性变形受到剪切,导致膨胀和强度降低。
131sin 1sin σδσδ+=-1
313
sin σσδσσ-=+
9).流、稳态－临界状态时散装固体的连续塑性变形。
10).流动函数FF －特定散装固体的无侧限屈服强度和主要固结应力的关系曲线。
有时也称做开裂函数，是由Jenike 提出的，用来表示松散颗粒粉体的流动性能。
松散颗粒粉体的流动取决于由密实而形成的强度。
当f c =0时，FF=∞，即粉体完全自由流动
流动性的标准分级如下：
FF <1 不流动，凝结
1< FF <2 很粘结，附着性强，流不动
2< FF <4 粘结，有附着性
4< FF <10 容易流动
10< FF 自由流动
影响粉体流动性的因素
• 粉体加料时的冲击：冲击处的物料应力可以高于流动时产生的应力；
• 温度和化学变化：高温时颗粒可能结块或软化，而冷却时可能产生相变，这些都可
能影响粉体的流动性；
• 湿度：湿料可以影响屈服轨迹和壁摩擦系数，而且还能引起料壁黏附；
• 粒度：当颗粒变细时，流动性常常降低，而壁摩擦系数却趋于增加；
• 振动：细颗粒的物料在振动时趋于密实，引起流动中断。
11).料斗－料仓结构的融合部分。
12).主要固结应力
－由稳态流的莫尔应力圆产生的大主应力。
莫尔应力圆相切于有效
屈服轨迹。
1
c
FF=f σ
13).无侧限屈服强度－莫尔应力圆的大主应力相切于小主应力为零的屈服轨迹。
也称为开放屈服强度f c
在一个筒壁无摩擦的、理性的圆柱形圆筒内，使粉体在一定的密实最大主应力 1作用下压实，然后取去圆筒，在不加任何侧向支承的情况下，如果被密实的粉体试样不倒塌，则说明其具有一定的密实强度。
这一密实强度就是开放屈服强度f c。
如果粉体倒塌料了，则说明这种粉体的开放屈服强度f c=0。
开放屈服强度f c值小的粉体，流动性好，不易结拱。
14).临界状态-散装固体堆积密度的应力状态和剪切带的剪切应力在恒正应力下剪切过程中保持不变.
15).剪切试验－此实验通过施加不同状态的应力和压力来确定散装固体的流动性
16).内摩擦时间角－切点的时间屈服轨迹与经过原点的莫尔应力圆的倾斜角。
或称为时效内摩擦角.
17）时间（时效）屈服轨迹－在一定时间内给定的正应力情况下，散装固体的屈服轨迹已保持休止一段时间。
18）.堆积（松装）密度--散装固体数量除以其总体积的质量。
19）.壁摩擦角-壁剪切应力与壁正应力比率的反正切。
是指粉体与壁面之间的摩擦角，
壁表面能使粉末滑移必须倾斜的角度，壁面摩擦角一般为10-45度。
壁面摩擦角也称斜槽角。
反应了粉体层与固体壁面的摩擦性质。
20）.附着力试验－随时间固结的静态壁摩擦试测试
21）.壁正应力－封闭器壁上出现的正应力。
22）.壁剪切应力－封闭器壁上出现的剪切应力。
23）.壁屈服轨迹WYL－壁剪切应力与壁正应力的关系曲线。
壁摩擦角由壁屈服轨迹获得，为壁剪切应力与壁正应力比率的反正切。
24）运动壁摩擦-从测量经过适当剪切的正常应力和稳定状态剪切来计算。
25）动态屈服轨迹-从测量正应力值和剪应力稳定值来线计算
26）静壁摩擦-由测量的正应力和屈服开始时的最大剪切应力计算得出。
27）静态屈服轨迹-由正应力的测量值和剪切应力的峰值计算得出的线。