Элеваторы, склады, зерносушилки - страница 5

Скважистость сыпучего тела можно выразить через плотность твердой фракции тела р и плотность сыпучего тела р. Обозначив массу свободного насыпанного тела как т, его объем V, объем твердой фракции сыпучего тела V, будем иметь:

то есть, чем выше плотность укладки частиц р при р постоянном, тем меньше скважистость. Это подтверждается и опытными данными (см. табл. 1.4).

Подвод тепла к зерну и отвод лишней влаги (сушка и вентилирование), газация зерновой насыпи большой высоты возможны благодаря скважистости, то есть наличию сети каналов.

Под сыпучестью следует понимать способность частиц (сыпучего тела) перемещаться относительно друг друга, подобно молекулам жидкости. Благодаря этому зерновая масса заполняет зернохранилища различной формы и при наличии выхода истекает из него. С учетом самотека зерна сверху вниз в многоэтажном здании элеватора технологическое оборудование располагают в определенной последовательности, одно под другим.

Впервые исследовали механические свойства сыпучих тел Кулон и Навье. По оценке Кулона, сопротивление τ_>0 частиц сдвигу по плоскости определяется линейным соотношением:

где σ – нормальное давление на площадке, по которой происходит сдвиг; f – коэффициент внутреннего трения; τ – сцепление или сопротивление сдвигу, не зависящее от нормального давления.

Графическая интерпретация зависимости приведена на рис. 1.8, откуда следует:

где φ – угол внутреннего трения.

Рис. 1.8. Зависимость сопротивления сдвигу от нормального давления.

Для идеально сыпучего тела τ_>0 = 0, для связно-сыпучего τ_>0 > 0. Если сместить начало координат на величину σ_>экв, а то связно-сыпучее тело можно представить как сыпучее, но с добавочным нормальным давлением, эквивалентным τ_>0. Тогда выражение будет выглядеть как:

Величина угла внутреннего трения различных сыпучих тел приведена в табл. 1.4.

Сложность процесса внутреннего трения в сыпучем материале не позволяет получить зависимости, точно характеризующие процесс. Однако влияние некоторых факторов, таких как скважистость, упругость, размеры и формы частиц, состояние их поверхности, наличие примесей, высота слоя, определены.

Согласно закону Кулона, подвижность частиц сыпучего тела уменьшается с ростом нормального давления. В зерновом ворохе нормальное давление тем больше, чем выше слой зерна, и, очевидно, при достижении некоторого значения нормального давления сыпучее тело перестает быть таковым и становится по силе связи частиц как бы твердым телом.

Принято считать, что при отношении высоты слоя Н и его ширины, меньшем или равном 1 (за рубежом – 2), зерно имеет свойства сыпучего тела, а при отношении, большем 1 (за рубежом – 5), оно начинает терять подвижность и приобретает свойства твердого тела.

Наиболее сыпучие зерновые массы – это массы, состоящие из округлых зерен с гладкой поверхностью, очевидно вследствие того, что вместе со скольжением зерен имеет место и их качение друг по другу. Так, для проса, гороха, сои угол внутреннего трения 20–30°, ячменя, подсолнечника – 30–45°.

Увеличение размера частиц, влажности приводит к снижению сыпучести.

Значение коэффициента трения для частиц, лежащих на поверхности сыпучего материала, максимально из-за того, что скважистость здесь наивысшая и отдельные частицы не столько сдвигаются по откосу, сколько скатываются.

Минимальное значение коэффициента трения (угла трения) как количественная оценка максимально возможной сыпучести тела имеет практическую значимость. Для его определения достаточно установить величину угла естественного откоса угла между образующей конусной поверхности откоса сыпучего тела и линией горизонта.