第五章-散粒物料的力学特性-3课件.ppt
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- 第五 物料 力学 特性 课件
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1、1主 要 内 容 第一节第一节 形状和尺寸形状和尺寸 第二节第二节 农业物料的密度及测量农业物料的密度及测量 第三节第三节 孔隙率孔隙率 第四节第四节 表面积表面积 第五节第五节 含水量含水量 第六节第六节 基本物理特征在农业工程中的应用基本物理特征在农业工程中的应用2 在许多应用中,如机械分选和分级、气流输送和分离在许多应用中,如机械分选和分级、气流输送和分离以及产品的热处理等必须精确地确定物料的形状和尺寸。以及产品的热处理等必须精确地确定物料的形状和尺寸。物料的形状和尺寸是不可分割的两个参数。如果要充分地物料的形状和尺寸是不可分割的两个参数。如果要充分地描述一个物料的形状,则同时需要这两个
2、参数。描述一个物料的形状,则同时需要这两个参数。 第一节 形状和尺寸 由于农业物料形态差异很大,所以难以用统一的方法由于农业物料形态差异很大,所以难以用统一的方法定义物料的形状和尺寸。目前采用的方法大部分是根据定义物料的形状和尺寸。目前采用的方法大部分是根据研究者的实际需要而自行定义的。研究者的实际需要而自行定义的。 因此,用不同测定方因此,用不同测定方法和表示方法所得数值之间难以进行分析比较。此外,法和表示方法所得数值之间难以进行分析比较。此外,由于栽培和饲养条件、气象条件、含水量等不同,即使由于栽培和饲养条件、气象条件、含水量等不同,即使同一个品种或同一棵植株上的果实或谷物,它们的形状同一
3、个品种或同一棵植株上的果实或谷物,它们的形状也是各不相同的。因此,在研究农业物料形状和尺寸时,也是各不相同的。因此,在研究农业物料形状和尺寸时,除了提供一些统计数据外,还需研究适合农业物料的测除了提供一些统计数据外,还需研究适合农业物料的测定和表示方法,并逐渐使其达到标准化。定和表示方法,并逐渐使其达到标准化。 农业物料的形状大多是不规则的。按其形态来说,有块农业物料的形状大多是不规则的。按其形态来说,有块体体(如水果、块根等如水果、块根等)、粒体、粒体(如种子和谷粒等如种子和谷粒等)、粉体、粉体(如面粉如面粉和饲料等和饲料等)以及茎叶体等。以及茎叶体等。 3一、图形比较法基本概念:基本概念:
4、图形比较法是将物料的纵剖面和横剖面的形状图形比较法是将物料的纵剖面和横剖面的形状绘制成图并和标准图形上列举的形状进行比较,以确定物绘制成图并和标准图形上列举的形状进行比较,以确定物料的形状。料的形状。 4一、图形比较法形状形状 定义定义圆圆 形形 接近于球体;接近于球体;扁圆形扁圆形 柄端和顶端是扁平的;柄端和顶端是扁平的;长椭圆长椭圆 垂直直径大于水平直径;垂直直径大于水平直径;圆锥形圆锥形 朝顶端方向其尺寸逐渐变小;朝顶端方向其尺寸逐渐变小;卵卵 形形 鸡蛋形且柄端处较宽;鸡蛋形且柄端处较宽;歪斜形歪斜形 连接柄端和顶端的轴线是倾斜的;连接柄端和顶端的轴线是倾斜的;倒卵形倒卵形 倒转的卵形
5、;倒转的卵形;椭圆形椭圆形 接近于椭球体,接近于椭球体,平头形平头形 顶端和柄端两处是方形或扁平的;顶端和柄端两处是方形或扁平的;5一、图形比较法 形状形状 定义定义不对称不对称 两半大小不相等;两半大小不相等;肋肋 形形 在横剖面内其边是角形的;在横剖面内其边是角形的;规规 则则 在横剖面内形状类似于圆;在横剖面内形状类似于圆;不规则不规则 在横剖面内形状是不规则的,与圆相比其在横剖面内形状是不规则的,与圆相比其 差异较大。差异较大。 物体实际形状和标准图形进行直观比较是一种非常物体实际形状和标准图形进行直观比较是一种非常简单的方法。但由于这是一种主观的评定,所以不同简单的方法。但由于这是一
6、种主观的评定,所以不同观察者往往会得出不同的结果。另外,这种方法不能观察者往往会得出不同的结果。另外,这种方法不能用具体的数值加以表示,使用起来很不方便。用具体的数值加以表示,使用起来很不方便。6二、用类似的几何体表示 如物料的形状和球体、立方体、圆柱体等一类规则如物料的形状和球体、立方体、圆柱体等一类规则几何体相类似时,则可用相类似几何体来表示物料的形几何体相类似时,则可用相类似几何体来表示物料的形状和尺寸。例如:状和尺寸。例如: 1. 长球体,它是由椭圆绕其长轴旋转时形成的,如柠长球体,它是由椭圆绕其长轴旋转时形成的,如柠檬、哈密瓜等,檬、哈密瓜等, 2. 扁球体,它是由椭圆绕其短轴旋转时
7、形成的,如葡扁球体,它是由椭圆绕其短轴旋转时形成的,如葡萄柚等;萄柚等; 3. 截头正圆锥体或圆柱体,如胡萝卜和黄瓜等。截头正圆锥体或圆柱体,如胡萝卜和黄瓜等。7二、用类似的几何体表示二、用类似的几何体表示 判别物体的形状以后,它的体积和表面积可以用相判别物体的形状以后,它的体积和表面积可以用相应的公式计算。应的公式计算。 1. 长球体长球体 长球体的体积长球体的体积V和表面积和表面积S多用下式计算:多用下式计算:)(342abV式中式中a、b分别表示回转椭圆的长半轴和短半轴,分别表示回转椭圆的长半轴和短半轴,e是偏心距,由以下公式求出是偏心距,由以下公式求出:2)(1abe8二、用类似的几何
8、体表示二、用类似的几何体表示2. 扁球体扁球体 体积体积V和表面积和表面积S多用下式计算:多用下式计算: )(342baV3. 截头正圆锥体截头正圆锥体 体积体积V和表面积和表面积S用下式计算用下式计算: 体积和表面积按上述公式估算后,用实验方法确定物体的实际体体积和表面积按上述公式估算后,用实验方法确定物体的实际体积和表面积。求出计算值和实测值之间的比例系数,从而确定各种农积和表面积。求出计算值和实测值之间的比例系数,从而确定各种农产品针对典型形状的校正系数。产品针对典型形状的校正系数。9三、形状指数三、形状指数基本概念基本概念:形状指数是把物体的实际形状与基准形状,如形状指数是把物体的实际
9、形状与基准形状,如球体和圆等,进行比较的一个物理量。球体和圆等,进行比较的一个物理量。各种圆度定义 (一)圆度(一)圆度(roundness):表示物体角棱的锐度。它表明表示物体角棱的锐度。它表明物体在投影面内的实际形状和圆形之间的差异程度。物体在投影面内的实际形状和圆形之间的差异程度。 已提出了一些方法用以确定圆度的大小,下面是一些已提出了一些方法用以确定圆度的大小,下面是一些常用的圆度定义。常用的圆度定义。10三、形状指数三、形状指数cPdAAR dR- 圆度圆度pA- 物体在自然静止位置物体在自然静止位置 时的最大投影面积时的最大投影面积cA- 的最小外接圆面积的最小外接圆面积pA式中:
10、式中:r-物体各棱角处的曲率半径物体各棱角处的曲率半径 R-最大内切圆半径最大内切圆半径 N-相加的棱角总数相加的棱角总数有时,圆度也可用圆度比表示有时,圆度也可用圆度比表示:RrRr - 圆度比圆度比 R -与物体投影面积相等与物体投影面积相等的圆的半径的圆的半径 r - 物体投影面中最小锐物体投影面中最小锐角处的曲率半径角处的曲率半径rR11三、形状指数三、形状指数(二)(二)球度球度(Sphericity):表示物体实际形状和球体之间的表示物体实际形状和球体之间的差异程度,定义如下:差异程度,定义如下:vePddS12三、形状指数三、形状指数 球度表达式表示了以相同体积球体为基准的物体形
11、状特征。球度表达式表示了以相同体积球体为基准的物体形状特征。 假定物体的形状为三维椭球,它们和三个坐标轴的截距分假定物体的形状为三维椭球,它们和三个坐标轴的截距分别为别为a 、b、c,外接球的直径是椭球的最大截距,外接球的直径是椭球的最大截距a,则球度可定,则球度可定义为义为:aabcSp31)( 由此式可知,三维椭球的由此式可知,三维椭球的球度为三个轴向尺寸的几何球度为三个轴向尺寸的几何平均值与最大轴向尺寸之比平均值与最大轴向尺寸之比值。经测定表明,苹果、桃值。经测定表明,苹果、桃子和梨等水果的球度为子和梨等水果的球度为8997。球度数值愈大,说明。球度数值愈大,说明物体形状愈接近于球体。物
12、体形状愈接近于球体。 a - 最大截距最大截距 b - 垂直于垂直于a的最大截距的最大截距 c - 垂立于垂立于a和和b的最大截距的最大截距 这些截距不需要彼此相交于一点这些截距不需要彼此相交于一点。13四、轴向尺寸四、轴向尺寸 谷粒和种子一类较小的物料,可采用照片放大器或投谷粒和种子一类较小的物料,可采用照片放大器或投影仪描绘其外形轮廓,并用三轴尺寸影仪描绘其外形轮廓,并用三轴尺寸a、b、c表示物料的表示物料的形状和大小。形状和大小。 14四、轴向尺寸四、轴向尺寸 三个轴向尺寸不同,可描述不同物料的形状三个轴向尺寸不同,可描述不同物料的形状: 当当abc,谷粒呈扁长形,可描述小麦等物料;,谷
13、粒呈扁长形,可描述小麦等物料; 当当ab=c,宽度和厚度相等但小于长度,可描述如谷粒等宽度和厚度相等但小于长度,可描述如谷粒等呈圆柱形物料,如小豆等;呈圆柱形物料,如小豆等; 当当a=bc,长度和宽度相等但大于厚度,可描述呈扁圆,长度和宽度相等但大于厚度,可描述呈扁圆形物料,如野豌豆等;形物料,如野豌豆等; 当当a=b=c,三个轴向尺寸相等,可描述呈球形物料,如,三个轴向尺寸相等,可描述呈球形物料,如大豆和豌豆等。大豆和豌豆等。15五、粒径基本概念基本概念: 粒径是用来表示粒状或粉状物料的形状和尺寸粒径是用来表示粒状或粉状物料的形状和尺寸的一种方法。粒径可分为表示单个粒子的单一粒径和表示的一种
14、方法。粒径可分为表示单个粒子的单一粒径和表示许多不同尺寸粒子组成的粒子群的平均粒径。许多不同尺寸粒子组成的粒子群的平均粒径。(一)单一粒径(一)单一粒径 单一粒径有各种表示法,如表所示。单一粒径有各种表示法,如表所示。 16五、粒径(二)粒子群平均粒径(二)粒子群平均粒径 要确定由不同尺寸粒子组成的粉要确定由不同尺寸粒子组成的粉粒状物料的平均粒径,需要先测定各个粒子的单一粒径,粒状物料的平均粒径,需要先测定各个粒子的单一粒径,然后再加以平均即可。平均方法如表所示。然后再加以平均即可。平均方法如表所示。17五、粒径(三)粒径实用计算方法(三)粒径实用计算方法 1、粗颗粒的平均粒径计算、粗颗粒的平
15、均粒径计算 首先从试样中任意地广泛采集首先从试样中任意地广泛采集n n个粒子(一般取个粒子(一般取200200粒以上,粒以上,越多越好),用普通天平测其总质量为越多越好),用普通天平测其总质量为 , ,设粒子密度为设粒子密度为 ,则,则平均粒径平均粒径 可按下式计算可按下式计算ndmss363/1)6(nmdss 由上式计算出的粒径相当于把所有粒子均看作由上式计算出的粒径相当于把所有粒子均看作等体积的球形粒子时的平均粒径。等体积的球形粒子时的平均粒径。0mssd18五、粒径2、细粉平均粒径计算、细粉平均粒径计算(筛分法筛分法)首先用筛分法测定全部粒子的粒径分布。将一定量首先用筛分法测定全部粒子
16、的粒径分布。将一定量的粉料(大约的粉料(大约50-100克左右),用筛孔尺寸分别为的克左右),用筛孔尺寸分别为的 m+1个筛子进行分级个筛子进行分级 , 设设:/1d19五、粒径miiindxd1)(1则全部粒子的平均粒径可用调和平均径或算则全部粒子的平均粒径可用调和平均径或算术平均径计算。调和平均径为术平均径计算。调和平均径为 : 筛分法通常使用普通的金属丝网筛子。对筛分法通常使用普通的金属丝网筛子。对25.4mm以上开孔,直以上开孔,直接以开孔尺寸表示孔的大小;对接以开孔尺寸表示孔的大小;对25.4mm以下的孔,用以下的孔,用25.4mm长度上长度上的孔数表示孔的大小,称为目,有时称为网目
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