粉體顆粒的流動、堵塞與分聚行為研究.pdf

1、粉體(顆粒物質(zhì))是有別于固體、液體和氣體的一類軟物質(zhì),屬于復(fù)雜流體,需要新的理論和方法對其進行研究和認識。粉體的屈服流動、堵塞和分聚行為與粉末冶金工藝中粉體的卸料、混合及裝料等關(guān)鍵過程密切相關(guān),直接影響粉末冶金生產(chǎn)過程和結(jié)果。因此,對粉體基本物性的研究和表征具有十分重要的科學(xué)價值和工程意義。
　　 為了探明粉體顆粒流動及堵塞特性、分聚機制及其影響因素,本文系統(tǒng)研究了幾種不同形狀和尺寸的干/濕顆粒物質(zhì)在低速轉(zhuǎn)鼓中的流動、流經(jīng)低于臨

2、界尺寸瓶頸的臨界堵塞轉(zhuǎn)變,以及雙組元顆粒在堆積斜面裝置中流動自發(fā)分聚行為。結(jié)果表明:
　　 1.粉體顆粒的物性與其狀態(tài)相關(guān),對粉體流動性的表征不僅要反映顆粒物性還要反映其運動狀態(tài)。顆粒的剪切變形速率反映了顆粒物質(zhì)抗剪切或維持流動狀態(tài)的能力。依據(jù)低轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)鼓中顆粒表層流速分布呈線性的特征,通過測量低速轉(zhuǎn)鼓中自由表面粉體流動層厚度h,本文提出用顆粒的剪切變形時間Tr=1/{ω[(R/h)2-1]}(其中ω為轉(zhuǎn)速,R轉(zhuǎn)鼓半徑)作為表征

3、粉體顆粒流動性的新方法,不僅反映出顆粒流動的狀態(tài)特征(流動性隨流動狀態(tài)的改變而改變),還綜合了顆粒物性(如顆粒的粒徑和形狀等)的影響。該方法簡便可靠,其表征某一轉(zhuǎn)速下的結(jié)果與采用霍爾流動儀檢測到的結(jié)果具有良好的一致性。少量液體的添加,增大了粉體顆粒間的粘結(jié)力,剪切運動時潤濕顆粒體內(nèi)部團簇結(jié)構(gòu)的演化顯著地改變了顆粒物質(zhì)的流動性。
　　 2.顆粒流經(jīng)低于臨界尺寸的瓶頸時的堵塞與顆粒運動的模式密切相關(guān)。發(fā)現(xiàn)了顆粒流經(jīng)瓶頸時呈現(xiàn)四種不同

4、的運動模式(射流、斜面流、跳躍流和螺旋流),快慢不同運動模式間的相互干涉(成拱),是形成堵塞和產(chǎn)生“瓶頸效應(yīng)”的內(nèi)在機制;堵塞前流出瓶頸的顆粒數(shù)概率分布呈單峰函數(shù)分布:隨顆粒流動性降低(表面摩擦系數(shù)的增大)和密度的增大,概率分布峰值降低并右移,且平均坍塌規(guī)模(流出的顆粒數(shù))提高。
　　 3.雙組元粉體顆粒在低速轉(zhuǎn)鼓中和堆積斜面流動時發(fā)生的分聚行為不僅取決于組元顆粒物性的差異程度,還與傾倒時顆粒的流率Q(等價于轉(zhuǎn)鼓中的轉(zhuǎn)速ω)和液