Файл: Лукьянов, П. И. Аппараты с движущимся зернистым слоем. Теория и расчет.pdf

сдвига в приборе ограничена, и если перемещение прекращается перед точкой С, разрушение образца не происходит; при этом зависимость между напряжением т и деформацией е изображается линией А на рис. 36, а. При низкой начальной порозности слоя (точка К на рис. 38) консолидационные возвратные перемещения нагрузочного диска вызывают разуплотнение слоя. Если ука­ занные перемещения прекращаются в точке L и образец разру­ шается, его порозность возрастает и сдвиговое напряжение повы­ шается до точки М на поверхности разрушения. Затем пороз­ ность возрастает и сдвиговое напряжение снижается по линии MC. В точке С порозность слоя и напряжение сдвига достигают по­

изменения порозности, и возрастание напряжения будет харак­ теризоваться линией NC до момента вблизи точки С, но ниже по­ верхности разрушения. После удаления нагрузки образец при­ нимает исходное состояние (точка N). Если исходное состояние образца соответствует точке слева от точки N (например, точке G), усилие сдвига, составляющее 95% от максимального напряжения, приводит к изменению состояния, соответствующему положению вблизи точки М, ниже поверхности разрушения. После удаления нагрузки состояние образца характеризуется положением ближе к точке N , чем к исходной точке G. Если порозность исходного образца значительно меньше критического значения, то прекра­ щение консолидационных смещений нагрузочного диска в момент, соответствующий точке N, и последующее нагружение до 95%

G3

ГЛАВА II

ОСОБЕННОСТИ ДВИЖЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ВЫПУСКЕ ИЗ ЕМКОСТЕЙ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ

В этой главе рассмотрены особенности гравитационного выпу­ ска сыпучих материалов из емкостей через относительно узкое отверстие в горизонтальном плоском днище в отсутствии потока газа или жидкости.

Две основные формы движения

Многие исследователи отмечали, что в зависимости от свойств сыпучего материала, а также от формы и размеров емкости при ее опорожнении возникает одна из двух форм движения. В одних условиях над выпускным отверстием образуется узкая зона истечения (рис. 39, а), вокруг которой сыпучий материал не­ подвижен. В других условиях движется весь слой материала (рис. 39, б) и только в нижней части образуется зона с мало­ подвижным или полностью неподвижным материалом.

Возникновению второй формы движения способствует разрых­ ление слоя, например из-за длительного выпуска сыпучего мате­ риала в условиях его рециркуляции. Первая форма движения обычно возникает в начальный период выпуска из плотного зер­ нистого слоя.

Влияние структуры слоя на форму движения и другие особен­ ности процесса деформации выявлены с помощью опытов на пло­ ской монослойной модели, состоящей из прозрачных листов 2 шириной 500 мм и высотой 1700 мм, установленных вертикально на расстоянии 5 мм один от другого (рис. 40). Подвижные торцовые стенки и горизонтальное днище модели изготовлены из стальных пластин толщиной 5 мм. Каждая торцовая стенка состоит из не­ скольких сменных пластин 4 высотой 100 мм. Вместо каждой из них поочередно устанавливали рамку с электротензометрическим датчиком 5 для измерения бокового давления. Импульсы от дат­ чика непрерывно регистрировались на фотобумаге, одновременно

производилась киносъемка картины движения. В качестве сыпу­ чего материала использовали стальные шарики диаметром 4,9 мм. Их загружали в модель из бункера 1 и выгружали из нее в прием­ ный бункер 3 через узкое отверстие в днище со скоростью свобод­ ного истечения.

Во время заполнения модели при закрытом выпускном отвер­ стии в ней образуется слой, в котором шарики расположены гори­ зонтальными рядами (рис. 41, а). При выпуске шариков из слоя с такой структурой наблюдает­ ся типичная картина движения по второй форме, для которой характерны практически одина­ ковые скорости частиц во всем объеме модели, за исключением

нижней зоны высотой h и в пограничном слое. В последнем

наблюдается интенсивное разрыхление сыпучего материала вслед­ ствие значительного градиента скорости, возникающего под дей­

и только в нижней части модели наблюдается быстрое изменение формы прослойки вследствие больших градиентов скорости во всем объеме центральной зоны.

При длительном выпуске шариков в условиях непрерывного поступления их из верхнего бункера происходит самопроизволь­ ная перестройка структуры с образованием вертикальных рядов (рис. 41, б). При этом одновременно резко изменяется распреде­ ление скоростей в верхней части модели. Прослойка меченых

66

откоса, равен 65—70°, т. е. примерно в 2 раза больше угла есте­ ственного откоса хорошо сыпучего материала.

Механизм образования динамической насыпи рассмотрен ниже

(см. стр. 79).

Возрастание давления на стенку*, Пульсационный характер изменения давления

На уровне пересечения линии OB со стенкой резко возрастает боковое давление при выпуске по сравнению с давлением вновь загруженного сыпучего материала перед началом первой стадии выпуска (рис. 42). Приведенные в литературе экспериментальные данные, характеризующие это явление, противоречивы. Некото­ рые исследователи отмечают, что максимальное давлени при выпус­ ке в 4 раза больше, чем в непод­ вижном состоянии. В других рабо­ тах показано, что отношение дав­ лений в указанных состояниях

1 — в неподвижном слое вновь загруж ен ­ ных ш ариков при их укладке в горизон­ тальную цепочку; 2 —при выпуске ш а­ риков

составляет 1,2. Причины этих расхождений в основном выяс­ нены. Главной из них является различие режимов движения сыпучего тела, при которых измерялось боковое давление.

Если сыпучий материал движется только в центральной части емкости (см. рис. 39, а), а в периферийной части слоя неподвижен, боковое давление при выпуске мало отличается от исходного. При движении всего слоя (см. рис. 39, б) боковое давление при

68