Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ - Генералов М.Б.
ISBN 5-94628-130-5
Скачать (прямая ссылка):
Увеличение теплопроводности порошкообразных материалов с повышением температуры можно объяснить тем, что при этом возрастает теплопроводность среды, заполняющей промежутки (поры) между твердыми частицами, а также увеличивается теплопередача излучением зернистого массива.
Температуропроводность а (м2/с) характеризует скорость распространения температуры вследствие поглощения или отдачи тепла
a = V(CP)-
Температуропроводность зависит от природы сыпучей среды, плотности и температуры.
Механические свойства сыпучих материалов характеризуются следующим. В отличие от жидкостей сыпучие материалы в состоянии выдерживать определенные усилия сдвига. Деформации в них в виде скольжения одного слоя частиц по поверхности другого не наступает до тех пор, пока не достигнуто некоторое соотношение между сопротивлением сдвига и нормальным давлением в данной площадке сдвига
x„=fan + k, (2.16)
где хп, стп — соответственно касательная и нормальная составляющие вектора напряжений, действующих на площадке сдвига с нормалью и; /— коэффициент внутреннего трения; к — прочность сцепления между частицами (межчастичное сцепление).
Касательное напряжение в выражении (2.16) обычно называют предельным сопротивлением сдвигу или пределом текучести сыпучего материала.
При к = 0 уравнение (2.16) характеризует свойства идеальной сыпучей среды, при/= 0 — идеального пластического тела или идеальносвяз-ной среды.
Если для конкретного сыпучего материала при определенном уплотняющем давлении р получено экспериментально несколько пар
5-4590 65 х„, МПа
60 80 оп, МПа
Рис. 2.6. Зависимость предельного напряжения сдвига от нормального напряжения тринитротолуола при различной плотности, кг/м3: 1 = 1620; 2 - 1590; 3- 1570; 4- 1520
значений хп и оп (оп < р), то можно построить графическую зависимость предельного сопротивления Xn сдвигу от нормального напряжения On в плоскости скольжения
(рис. 2.6). Под влиянием сжимающего давления плотность упаковки сыпучего материала увеличивается; это приводит к увеличению его прочности на разрыв и сопротивления деформациям. По этой причине для таких материалов графи-
ческая зависимость т
-On вы-
ражается семейством линии, каждая из которых соответствует определенному уплотняющему давлению или плотности материала. С увеличением плотности материала линия тп(стп) смещается вверх. Как видно из рис. 2.6 (см. штриховые линии), зависимости Tn(CTn) представляют в общем нелинейные кривые. Вместе с тем график предельного состояния (рис. 2.7) имеет значительную кривизну лишь на относительно малом начальном участке изменения нормального напряжения, а затем при возрастании нормального напряжения кривизна уменьшается, и график асимптотически приближается к прямой линии, соответствующей данной плотности материала. Угол ф наклона таких прямых называют углом внутреннего трения, который связан с коэффициентом внутреннего трения как/= tgtp. Отрезок к, отсекаемый на оси хп называют межчастичным сцеплением.
Коэффициент внутреннего трения / является среднестатистическим значением коэффициентов трения частиц одна о другую и в общем случае зависят от плотности, размера и формы частиц, состояния их поверхности, влажности, температуры и т.п. С ростом плотности
66
Рис. 2.7. Определение параметров предельного состояния (к, ф) наблюдаются заметное увеличение параметра межчастичного сцепления к и падение коэффициента внутреннего трения/ Все это подтверждает, что параметры предельного состояния имеют физический смысл, а характер изменения их величины согласуется с имеющимися представлениями о свойствах материалов. Так, свободно насыпанный порошок не обладает связностью (к = 0), а у многих монолитных тел сопротивление сдвигу почти не зависит от значения нормальных напряжений к площадке сдвига (ф = 0).
С изменением плотности сыпучих материалов более существенно меняется параметр межчастичного сцепления к, в то время как значение коэффициента внутреннего трения/меняется в меньшей степени. Для различных порошкообразных материалов параметр к обычно аппроксимируют линейной зависимостью
* = + *1стср> (2-17)
где к0 — когезионное сцепление между частицами сыпучего тела в свободном состоянии (до начала процесса уплотнения, когда р = 0); Zc1 — коэффициент аутогезии, характеризующий возрастание прочности связей между частицами в процессе уплотнения; CTcp = (Ct1 + Ct2 + CT3)/3 — среднее нормальное напряжение (здесь Ct1 > CT2 > CT3 — главные напряжения).
Для порошкообразных материалов без проявления эффекта межчастичного сцепления в неуплотненном состоянии обычно к0 = 0.
Коэффициент внутреннего трения / и межчастичное сцепление к для данного конкретного сыпучего материала уменьшаются с ростом температуры. Особенно это заметно при приближении температуры к температуре плавления кристаллических веществ или температуры размягчения аморфных веществ.
Коэффициент бокового давления выводится следующим образом. Условие предельного равновесия для плоского напряженного состояния (рис. 2.8, а) можно представить как
