Schüttgutmechanik: Grundlagen Und Anwendungen in Der Verfahrenstechnik

ISBN-13: 9783540154280 / Niemiecki / Miękka / 1985 / 312 str.

Otto Molerus

Opis

Als Teildisziplin der Verfahrenstechnik hat die Schuttgutmechanik seit ihren Anfangen in den funfziger Jahren einen, . stand erreicht,," der es erlaubt, sowohl das FliessverhaI ten von Schuttgutern aus den Partikelwechselwirkungen als auch das BetriebsverhaI ten' von .. An.J-agen aus dem Fliessverhalten der Schuttguter zu erklaren. Dieser Ken'ntnis stand mag eine zusammenhangende Darstellung des Gebietes rechtferti gen. Das vorliegende Buch soll in die Schuttgutmechanik einfuhren. Eine vollstandige Dokumentation der bisher veroffentlichten einschla gigen Literatur war daher nicht beabsichtigt. In den Text sind auch die Ergebnisse von Forschungsvorhaben einge flossen, die am Lehrstuhl fur Mechanische Verfahrensltechnik der Uni versi tat Erlangen/Nurnberg durchgefuhrt wurden, so vor allem in den Kapiteln 4, 5 und 6 uber eine Theorie der Fliesseigenschaften, in Kapitel 11 uber Auslegungsdiagramme fur Massenflussbunker, in Kapitel 12 zur experimentellen Uberprufung der Vorhersagen uber das Verhalten von Massenflussbunkern und in Kapitel 15 uber das Fluidisationsverhal ten feinkorniger Partikeln. Der Verfasser ist seinen fruheren Mi tarbei tern Dr. -Ing. P. -R. Scho neborn, Dipl.-Ing. B. Limmer und Dr.-Ing. B. Egerer in diesem Zusam menhang zu Dank verpflichtet. Herr Schone born hat die Zustandsdia gramme des Kapitels 11 berechnet und die in Kapitel 12 beschriebene Bunkerzentrifuge entwickelt. Frl. Limmer hat die ebenfalls in Kapitel 12 beschriebene Versuchssiloanlage entworfen und zur Funktionsfahig kei t gebracht. Herr Egerer schliesslich hat die in Kapitel 12 be schriebene experimentelle Bestatigung der Theorie im Rahmen seiner Erlanger Dissertation erarbeitet. Es ist mir eine angenehme Pflicht, an dieser Stelle Herrn Dr

Spis treści

1 Einführung.- 1.1 Wechselwirkungen zwischen Technologie und Wissenschaft.- 1.2 Der Zwittercharakter feinkörniger Schüttgüter.- 1.3 Prinzipien der Partikeltechnologie.- 1.4 Methodische Aspekte.- 2 Die Rolle der Partikelwechselwirkungen in der Schüttgutmechanik.- 2.1 Die Korngrößenabhängigkeit der Kohäsion.- 2.2 Die Janssenformel.- 2.3 In den Partikelkontakten übertragbare Haftkräfte in Abhängigkeit von der Belastungsvorgeschichte.- 2.4 Konsequenzen für Theorie und Experiment.- 3 Spannungs- und Deformationszustand in einem Punkt eines Kontinuums.- 3.1 Der Spannungstensor.- 3.2 Symmetrie des Spannungstensors.- 3.3 Hauptspannungen und deren Orientierungen.- 3.4 Grafische Darstellung von Spannungszuständen durch Mohrkreise.- 3.5 Der Tensor der Deformationsgeschwindigkeiten.- 4 Spannungsübertragung in einer Partikelschüttung.- 4.1 Problemstellung.- 4.2 Voraussetzungen.- 4.3 Übertragung einer isostatischen Belastung.- 4.4 Kraftübertragung in den Partikelkontakten im allgemeinen Fall.- 5 Grundlegende Materialeigenschaften für eine Theorie der Fließeigenschaften kohäsiver Schüttgüter.- 5.1 Physikalische Ursachen der Haftkräfte zwischen Partikeln.- 5.2 Zusammenhang zwischen Haftkräften und vorangegangener Verfestigung.- 5.3 Die innere Reibung eines Schüttgutes.- 6 Theorie der Fließeigenschaften kohäsiver Schüttgüter.- 6. 1 Legitime Forderungen an die Theorie.- 6.2 Der stationäre Fließort.- 6.3 Anisotropie eines verfestigten Schüttgutes.- 6.4 Bei der Herleitung der individuellen Fließorte erforderliche Voraussetzungen..- 6.5 Berechnung der individuellen Fließorte...- 6.6 Individuelle Fließorte bei der Belastungsvorgeschichte “stationäres Fließen”.- 6.7 Einfache Typen des Fließverhaltens von Schüttgütern.- 6.8 Ermittlung der Materialdaten ?O, p und ?e mit Hilfe linearisierter Fließortgleichungen.- 6.9 Berechnung der Druckfestigkeitskennlinie eines kohäsivenSchüttgutes aus linearisierten Fließorten.- 6.10 Veränderung der Parameter ?O, p ?e und ?e mit dem Feingutanteil im Schüttgut.- 6.11 Die Druckfestigkeit feuchter Schüttgüter.- 7 Differentialgleichungen des Spannungsfeldes.- 7.1 Spannungsgleichgewicht im Schwerefeld.- 7.2 Spannungen im fließenden Schüttgut.- 7.3 Die Spannungsfeldgleichungen des ebenen Fließzustandes.- 7.4 Die charakteristischen Kurven der quasilinearen Differentialgleichung erster Ordnung bei zwei unabhängigen Veränderlichen.- 7.5 Die Charakteristiken des Spannungsfeldes für ebenes Fließen ’.- 7.6 Zur numerischen Integration der Differentialgleichungen für das Spannungsfeld.- 8 Differentialgleichungen für Spannungs- und Geschwindigkeitsfelder bei stationärem, langsamen Fließen in geeig-neten orthogonalen Koordinaten.- 8.1 Problemstellung.- 8.2 Differentialgleichungen der Spannungsfelder in Zylinder-und in Kugelkoordinaten.- 8.3 Fließbedingungen bei stationärem Fluß.- 8.4 Der Tensor der Deformationsgeschwindigkeiten in beliebigen orthogonalen Koordinaten.- 8.5 Orientierung der größten Hauptdeformationsgeschwindigkeit in Zylinder- und in Kugelkoordinaten.- 8.6 Kontinuitätsgleichungen für inkompressible Materialien in Zylinder- bzw. in Kugelkoordinaten.- 9 Das Konzept der radialen Spannungs- und Geschwindigkeitsfelder.- 9.1 Problemstellung.- 9.2 Die Differentialgleichungen des radialen Spannungsfeldes.- 9.3 Radiale Geschwindigkeitsfelder.- 9.4 Gültigkeitsgrenzen der Lösungen für das radiale Spannungsfeld.- 9.5 Numerische Integration der Differentialgleichungen für radiale Spannungsfelder.- 10 Messung der Schüttguteigenschaften für Auslegungszwecke.- 10.1 Problemstellung.- 10.2 Durchführung und Auswertung von Scherversuchen.- 10.3 Problematik der Schertests.- 10.4 Ermittlung der Wandreibung eines Schüttgutes.- 11 Vorhersage von Flußtyp und kritischen Austrittsquer- schnitten für Massenflußbunker.- 11.1 Problemstellung.- 11.2 Spannungszustände in stabilen Gutbrücken.- 11.3 Größte Spannweite einer stabilen Gutbrücke.- 11.4 Fließfaktor-Diagramme.- 1 1.5 Auslegungsprozedur für Massenflußbunker.- 12 Experimentelle Überprüfung der Vorhersagen über Flußtyp und kritischen Austrittsquerschnitt bei Massenfluß.- 12.1 Problemstellung.- 12.2 Modellversuche zur Bunkerung kohäsiver Schüttgüter.- 12.3 Überprüfung der Vorhersage des Flußtyps.- 12.4 Experimentelle Ermittlung von kritischen Austrittsquerschnitten.- 12.5 Vorhersage der kritischen Austrittsquerschnitte mittels Schertests und Auslegungsdiagrammen.- 13 Schachtbildung bei Kernflußbunkern.- 13.1 Problemstellung.- 13.2 Verfestigender Spannungszustand beim Kernflußbunker.- 13.3 Spannungszustände bei Schachtbildung.- 13.4 Gleitlinien bei beginnendem Fließen.- 13.5 Bedingungen für begrenzte plastische Felder.- 13-6 Zulässiger Mindestdurchmesser.- 13.7 Überprüfung der Theorie mittels Zentrifugenversuchen.- 14 Kompaktieren von Schüttgütern auf Walzenpressen.- 14.1 Problemstellung.- 14.2 Geometrische Beziehungen für den Walzenspalt.- 14.3 Eine sinnvoll formulierte Randwertaufgabe.- 14.4 Lösung der Spannungsfeldgleichungen mit Hilfe der Charakteristiken.- 14.5 Spannungsberechnung bei Vernachlässigung des Schwerkrafteinflusses.- 14.6 Spannungsberechnung im Gebiet des schlupffrei mitgenommenen Schüttgutes.- 14.7 Ermittlung des Greifwinkels.- 14.8 Abhängigkeit des Greifwinkels von Material- und konstruktiven Daten.- 14.9 Einfluß von Material- und konstruktiven Daten auf die Auslegungsgrößen einer Walzenpresse.- 14.10 Mechanisches Verstärkungsverhältnis einer Walzenpresse.- 14.11 Einfluß von Materialverlusten.- 15 Einfluß der Haftkräfte auf das Fluidisationsverhalten feinkörniger Partikeln in Gas/Feststoff-Wirbelschichten.- 15.1 Problemstellung.- 15.2 Die vier Feststofftypen nach Geldart.- 15.3 Das Verhalten von Materialien der Gruppe C.- 15.4 Auf die Partikeln bei der Fluidisation ausgeübte Strömungskräfte.- 15.5 Allgemeingültige Aussagen über die zwischen Partikeln wirksamen Haftkräfte.- 15.6 Übergang vom Verhalten gemäß Gruppe A zum Verhalten gemäß Gruppe C.- 15.7 Übergang vorn Verhalten gemäß Gruppe B zum Verhalten gemäß Gruppe A.- 15.8 Experimentelle Überprüfung der theoretischen Überlegungen.- 16 Anhang.- 17 Nomenklatur.- 18 Literaturverzeichnis.- 19 Sachverzeichnis.