散体流动性能的优劣直接影响其在垂直螺旋输送机内的运动状态。散体的物理特性对散体的流动性有着直接的影响,这些物理特性主要包括散体颗粒的形状、散体的粒度、散体的堆积角、散体的湿度、散体的孔隙率。我们可以从散体力学相对宏观的角度和颗粒物质力学相对细观的角度来进行分析。
1.散体流动性能的宏观分析在散体的流动过程中,起主要作用的是剪切应力,所以,散体的流动性一般用抗剪强度来表征。散体的抗剪强度是指在外力作用下散体抵抗剪切滑动的极限强度,在达到或者超过该强度时,散体颗粒由静止状态转变到流动状态。根据抗剪强度的库伦定律,对于无黏性散体,抗剪强度τ等于内摩擦力和内聚力C之和,即:τ=C+σtanφ。其中:σ为正应力;φ为内摩擦角。内摩擦力阻碍散体颗粒间彼此相互运动或者有相对运动的趋势,它主要由颗粒间的咬合力和颗粒接触面分子间的吸附力组成。内聚力的物理意义是指在σ为零时的初始剪切阻力。在垂直螺旋输送机内,其抗剪强度主要决定于散体的内摩擦系数和压应力。散体的物理特性对其内摩擦系数有着很大的影响,散体的含水率越高,内摩擦力和粘聚力越大,颗粒形状的不同会造成散体颗粒间咬合力的变化,此外散体的粒度和散体的孔隙率都会影响散体的内摩擦系数。输送机的运动参数变化会造成散体边界应力、自由表面形状和内部压应力的变化,从而影响到散体的抗剪强度。
2散体流动性能的细观分析在垂直螺旋输送机内,边界颗粒和相邻颗粒通过传力使整个颗粒群在离心力场和重力场的作用下进行运动。当螺旋转速变化时,引起散体边界应力变化,通过相邻颗粒间的传力使其在垂直螺旋输送机内流动状态变化。颗粒间传力的方式和机制,对散体的流动性能有很大的影响。颗粒物质力学认为,散体的流动过程是力链的破坏和重组过程。在垂直螺旋输送机内,重力场和离心力场的存在使散体内部存在力链网,用以抵抗边界摩擦力,使散体整体在叶片上产生相对运动。在颗粒流动的过程中,力链的两个最直接影响因素为颗粒体积分数和颗粒表面摩擦系数,二者越大,越容易形成稳定的力链。
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