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粉体稳态流的判定流动性的标准分级
流、稳态－临界状态时散装固体的连续塑性变形。
.流动函数FF－特定散装固体的无侧限屈服强度和主要固结应力的关系曲线。
有时也称做开裂函数，是由Jenike提出的，用来表示松散颗粒粉体的流动性能。
松散颗粒粉体的流动取决于由密实而形成的强度。
当fc=0时，FF=¥，即粉体完全自由流动
流动性的标准分级如下：
FF <1 不流动，凝结
1< FF <2 很粘结，附着性强，流不动
2< FF <4 粘结，有附着性
4< FF <10 容易流动
10< FF 自由流动
影响粉体流动性的因素
• 粉体加料时的冲击：冲击处的物料应力可以高于流动时产生的应力；
• 温度和化学变化：高温时颗粒可能结块或软化，而冷却时可能产生相变，这些都可能影响粉体的流动性；
• 湿度：湿料可以影响屈服轨迹和壁摩擦系数，而且还能引起料壁黏附；
• 粒度：当颗粒变细时，流动性常常降低，而壁摩擦系数却趋于增加；
• 振动：细颗粒的物料在振动时趋于密实，引起流动中断。
料斗－料仓结构的融合部分。
主要固结应力 －由稳态流的莫尔应力圆产生的大主应力。莫尔应力圆相切于有效屈服轨迹。
无侧限屈服强度 －莫尔应力圆的大主应力相切于小主应力为零的屈服轨迹。也称为开放屈服强度fc
在一个筒壁无摩擦的、理性的圆柱形圆筒内，使粉体在一定的密实主应力s1作用下压实，然后取去圆筒，在不加任何侧向支承的情况下，如果被密实的粉体试样不倒塌，则说明其具有一定的密实强度。这一密实强度就是开放屈服强度fc。
如果粉体倒塌料了，则说明这种粉体的开放屈服强度fc=0。
开放屈服强度fc值小的粉体，流动性好，不易结拱。
临界状态-散装固体堆积密度的应力状态和剪切带的剪切应力在恒正应力下剪切过程中保持不变.
剪切试验－此实验通过施加不同状态的应力和压力来确定散装固体的流动性
内摩擦时间角 －切点的时间屈服轨迹与经过原点的莫尔应力圆的倾斜角。或称为时效内摩擦角.
时间（时效）屈服轨迹－在一定时间内给定的正应力情况下，散装固体的屈服轨迹已保持休止一段时间。
堆积（松装）密度 －－散装固体数量除以其总体积的质量。
壁摩擦角 -壁剪切应力与壁正应力比率的反正切。是指粉体与壁面之间的摩擦角，壁表面能使粉末滑移必须倾斜的角度，壁面摩擦角一般为10-45度。壁面摩擦角也称斜槽角。反应了粉体层与固体壁面的摩擦性质。
参照ASTM_D6128-97；ASTM D6682-2008和Jenike方法,采用环剪方式分析粉体流动行为表征特性， 建立数据模型与PC软件相结合，通过粉体剪切、固结、时间、应力与应变关系、屈服强度函数实时动态数据采集和分析曲线图，建立莫尔圆破坏包络线、流动因子、有效内摩擦角、屈服轨迹线、流动函数、Jenike流动性指数FI判断流与不流及临界点、计算料斗半顶角、粉体空隙率、松装与压实变化关系、预压缩直至稳态流动状态. 提供中文或英文两种语言操作界面广泛应用于农业、化工、陶瓷加工、食品、化妆品、颜料.制药、金属粉末、石墨粉、塑料、橡胶、混泥土、矿石粉碎、河沙等粉体散粒物料领域质量管控和研究,常用于生产加工企业、科研院所和大中专院校使用.
1）.主应力（垂直压力）：0-500N （可选择100N;300N;500N）标配300N.
2）.扭矩范围： 0-50N.m（可选择10 N.m;30 N.m;50 N.m）标配10 N.m
3）.剪切速度：0.1 mm/sec～5 mm/sec.
4）.采用摩尔圆定律分析摩擦函数
5）.自动数据测量与处理
6）.采用预压实对样品进行处理.
7）.剪切方式：正、反向剪切模式
8）.仪器自动自我校准功能
9）.剪切盒，自带两种不锈钢盖子分别适用于内摩擦和壁摩擦，其他材料可以定制.
10）.溢料收集盘和样品整理刀片
11）.通讯接口：USB，RS-232接口
12）.温湿度范围：8-40℃ 相对湿度在35-80%
13）.选购：PC软件1套应用于过程分析及数据库建立.
14）. 电源采用220V+10% /50Hz
带通讯端口背板
机身
剪切盖上升下降平台
水准仪
触摸屏
可调节机脚
5.1.在实验前建议对样品进行处理，对样品的制备，松散试样需要装入固定的密封容器中放置于恒定的环境下，无震荡； 放置时间超过12小时左右.
5.2.不同样品分开分类管理，样品的处理过程需要非常仔细防止环境污染或者不同样品之前的混合污染；需要保证每份样品的一致性，从而获得可靠数据.建议使用劳保用品服装，手套等.
5.3.试样制备过程中，请使用统一器具处理样品；每一个规格样品处理完毕后需要清理器具在处理其他规格的样品，保证器具的一致性，从而减少器具材质等外在因素造成的影响及不确定性.
5.4.实验目的是为了获得更加准确性及可靠数据，这个是实验成功的关键因素，在测试过程种，我们建议在测试前进行预测试工作，采用预测试方法来判断测试所需要的样品量，从而可以进行定量进行分析，在一致性的样品条件下可以获得较理想的数据可靠性和重复性.
5.5.注意同一种规格样品可以使用标定好的样品量进行再次测试，而其他规格样品，则需要重新定量.
仪器接通电源后，开启电源开关，开机界面点击“进入”
6.3.预固结处理界面
这个界面对样品进行预处理，保证样品的一致性，除“松装密度测试”时不需要进行预固结处理外，其他项目都需要 保证样品达到稳态后方可执行“测试项目”.
测试流程：
瞬态剪切测试 使用齿盖
在预固结处理 达到稳态 时效剪切测试
时效壁摩擦测试 须设置固结时间
壁摩擦测试
松装密度测试 使用平面盖
点击所要的测试项目，在选择测试组数（和固结时间）按确认即可自动测量.
粉体的屈服轨迹YL
也即破坏包络线
不能无限延伸，终止于某一值
是物料密度程度的函数
在流动阶段，颗粒塑性范围内的应力可由终止点E连续确定
料斗半顶角
料仓流型设计, 就是根据仓存物料的特性(有效内摩擦角Φi和壁面摩擦角φw) , 确定出一个料斗半顶角θ) ，确定一个合适的料斗半顶角θ,目的是为了适应所选择的流型。料仓下料不畅,关键是倾斜角小于物料安息角所致。整体流仓必须保证料仓各个部位的倾斜角大于物料的安息角。形成整体流的必要条件是料斗半顶角θ要小于θmax
7.5. 卸料口径
正确选择卸料口径是防止料仓中产生结拱现象的基本方法，设计料仓时应仔细考虑。影响卸料口径的主要因素有：物料的流动性、物料粒度和均匀性，以及要求的卸料速度等。
对于整体流料仓, 卸料口尺寸太小, 将会形成料拱(或称架桥) 。设计计算时, 用一定性尺寸B来描述卸料口的大小。对于圆形卸料口, B 等于卸料口直径; 对于方形卸料口, B 为对角线长度; 对于缝形卸料口, B 为缝宽( L≥3 B , L 为缝长)。
7.6. 机械拱和粘性拱
对于平均直径较大( > 3000μm) 的颗粒体, 易形成机械拱
对于平均直径较小的粉体物料, 不产生粘性拱的*小卸料口尺寸
对于圆形和方形卸料口, i = 1 ; 对于缝形卸料口( L ≥3B) , i = 0
a．料仓下部的锥面倾角对物料在仓内的流动有重大影响；
b．至少要等于物料的休止角，必须大于物料与仓壁的摩擦角，否则，物料就不能全部从仓内流出；
c．一般锥面倾角要比摩擦角大5 °～10°，比储存物料的自然休止角约大10°～15°。对于整体流的料仓，锥面倾角一般取 55°～75°。考虑到较大的倾角会使建筑高度增加，对于直径大于6m的料库，宜采用2～4个卸料口。
d．减小粉体的壁摩擦角及料仓锥形部分的倾斜角，可以使料仓内的粉粒体呈整体流；反之，成漏斗流。
流动与不流动判据
• Jenike指出，如果颗粒在流动通道内形成的屈服强度不足以支撑住流动的堵塞料（这种堵塞料以料拱或穿孔的形式出现），那么在流动通道内将产生重力流动。
• 物料在整体流料仓内流动，那里的物料连续地从顶部流入，随着一个物料单元体向下流动，它将在料仓内密实主应力s1的作用下密实并形成开放屈服强度fc。
• 密实应力先增加，然后在筒仓的垂直部分达到稳定，在过渡段有一个突变，然后一直减小，到顶点时为零，与此同时，开发屈服强度也作类似变化。
• 由图可知，fc值和s1值的两条直线相交于一个临界值，由此可以确定料拱的尺寸B。根据流动不流动判据，交点以下，粉体物料形成足够的强度支撑料拱，使流动停止。该点以上，粉体物料的强度不够，不能形成料拱，就发生重力流动。
• 已经表明稳定料拱的拱脚上作用着主应力s1，它与料拱的跨距B成正比。
• 作用在料拱脚处的主应力可以表示为：
式中，rB-物料容积密度，B-卸料口宽度，q-料斗半顶角， m为料斗形状系数，轴线对称的圆锥形料斗，m=1;平面对称的楔形料斗，m=0
• 在相应的密实应力下，对粉体物料进行剪切试验，可以确定开放屈服强度fc，由此可以建立该粉体物料的流动函数FF。
7.11流动因子ff：
用来描述流动通道或料斗的流动性。
式中，S（q）为应力函数，对于各种数值不同的有效内摩擦角、壁面摩擦角和料斗半顶角q，Jenike已经算出了它们的流动因素
• 作用在流动通道上的密实应力越高，作用在料拱上的应力越低，那么流动通道的流动性或料斗的流动性就越低。
流动函数FF和流动因素ff见上图。当密实主应力s1大于临界密实主应力，位于fc线之上的s1线部分满足流动判据，处于料拱上的应力s1超过料拱强度fc, 则发生流动。 s1小于临界密实主应力时，应力不足以引起破坏，将发生起拱。
• 物料在料仓中的运动模式应为整体流模式，不应出现漏斗流模式。
• 结拱的临界条件为FF=ff，即s1=fc。而形成整体流动的条件为FF>ff，即fc<s1。如以fc,crit表示结拱时的临界开放屈服强度，则料口孔径为：
式中ρB—物料容积密度； B—卸料口宽度 H(θ)—料斗半顶角的函数
• 流动函数FF越大，粉体的流动性越好，它与粉体的有效内摩擦角δ有关；而流动因数ff越小，粉体在流动通道的流动性或料斗的流动性越好，流动因数是壁面摩擦角f’和料斗半顶角q的函数，壁面摩擦角f’越小，料斗半顶角q越小，料斗的流动性越好。
• 因此在料仓设计时，应尽量使料斗的半顶角小些，但这会增加料仓的高度。
• 料斗用材料的壁摩擦系数越小越好。这些材料包括聚四氟乙烯塑料、玻璃、各种环氧树脂涂料、不锈钢和超量高分子聚乙烯。料斗表面光滑，则可以适当增大料斗半顶角，从而降低整个料斗的高度。
• Janssen法确定整体流料仓*小卸料口径步骤：
①作剪切测定，在s-t坐标上画出屈服轨迹，求有效内摩擦角d 、开放屈服强度fC、壁摩擦角fr；
②在流动型式判断图上的整体流区域中选择料斗半顶角q，并确定料斗的流动因数ff；
③从相应的摩尔圆上确定fC及s1值，做出流动函数FF曲线,并在同一座标中画出ff；
④算出*小卸料口径。
原创作者：宁波瑞柯微智能科技有限公司
