·482· 北京科技大学学报 第33卷 =原)=)” 壁发生碰撞，开始自由落体运动 当visinB·T>Dk/sinB时，颗粒与喉管管壁再 W为颗粒碰撞过程弹性振动的总能量，m为颗粒质 次发生碰撞，运动状态与第一次发生碰撞相似，颗粒 量，，为颗粒碰撞速度，P1为颗粒密度，P2为壁面材 发生速度大小和方向变化，直到满足不再发生碰撞 料密度，E,为颗粒材料弹性模量，E,为平壁材料弹性 后，颗粒开始自由落体运动.颗粒在中心喉管内碰 模量，2为平壁材料泊松比 撞的次数与喉管长度、Y形管的倾角B以及动能耗 如果颗粒发生非弹性碰撞，碰撞后速度减小，方 散系数等密切相关.中心喉管长度L喉越长，颗粒的 向改变，碰撞后速度方向与重力方向的夹角为B', 碰撞次数越多；动能耗散系数越大，越接近完全弹性 B°<B,见图6.碰撞后的速度方程为 碰撞，颗粒碰撞次数越多；Y形管倾角B越大，颗粒 rsinβ'=en"1sinβ 碰撞的次数将增加. vcosB=s,v cosB (10) 对于并罐式无钟炉顶设备，由于Y形管与中心 v=(svsinB)+(s,v cosB)2 喉管之间还有检修眼睛阀、波纹管，在喉管上方还有 式中：E.为水平能量耗散系数，即法向碰撞耗散系 一段垂直高度，因此计算颗粒发生第一次碰撞的位 数，指颗粒与壁面碰撞点法线方向碰撞前后颗粒速 置必须考虑Y形管垂直部分的高度L· 炉料颗粒在Y形管垂直部分和中心喉管的运 度比值；ε，为垂直能量耗散系数，即切向碰撞耗散 系数，指颗粒与壁面碰撞点切线方向碰撞前后颗粒 动总时间如下： 速度比值. T喉总=L喉/neU1cos3+Ly喉/nEU1cos,n=1,2,… (11) 式中，n为颗粒碰撞次数. 炉料颗粒在喉管出口处的位置与喉管中心线的 径向距离，是造成并罐炉顶布料蛇形偏料的主要原 因.也就是说，炉料从节流阀流出直至到达溜槽之 前流量不发生变化，而在落入溜槽的瞬间，料流在溜 槽上的落点发生改变导致炉料流量发生变化，造成 炉料布料不均 5 并罐式炉顶炉料密集点冲击溜槽的轨迹 分析 为准确分析颗粒的运动受力情况，定义两个概 念，溜槽的有效长度L和炉料在溜槽上运动长度1. 图6颗粒在并罐式中心喉管受力运动 溜槽有效长度L,指溜槽末端颗粒出口处到溜槽悬 Fig.6 Particle's force and movement in the centering tube of a paral- 挂轴线的垂直距离，炉料在溜槽上运动长度！指炉 lel hopper 料颗粒碰撞点到溜槽末端出口处的直线距离，见 颗粒碰撞时不仅存在法向碰撞耗散，还有切向 图7. 碰撞耗散.由于切向碰撞耗散系数主要影响颗粒的 颗粒在溜槽上运动长度计算如下： 旋转运动，它不仅与法向速度还和切向速度都有关， I=L-e/tana (12) 很难确定切向碰撞耗散系数，通过理论计算的切向 对于并罐式无钟炉顶布料过程，由于颗粒进入 耗散系数和实际情况差别较大，还需要进行修正 溜槽的速度不是沿喉管中心线垂直下落的过程，而 如果不考虑颗粒碰撞后的转动，在喉管内流动的颗 是以一定的倾斜角度落入溜槽。炉料颗粒以倾角B 粒可以忽略切向耗散系数的影响，即颗粒的切向碰 落入溜槽，其落点位置会发生偏移，炉料偏移有四种 撞耗散系数￡，=1. 极限情况：第一种情况颗粒向左侧偏移，第二种情况 颗粒与管壁碰撞后，在中心喉管内发生动能耗 颗粒向右侧偏移，如图7所示；第三种情况是颗粒向 散，速度衰减.颗粒从碰撞点运动到喉管出口处的 前偏移和第四种颗粒向后偏移，如图8所示 时间T帐，碰撞后的水平速度分量sinB. 第一种情况，颗粒向左偏移.炉料颗粒与溜槽 当sinB.T喉<D喉/siB时，颗粒不再与喉管管 碰撞后，沿溜槽倾斜方向的速度为北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 C0 = ( E2 ρ ) 2 1 /2 ，K = ( 4 3 1 － γ2 1 E1 + 1 － γ2 2 E ) 2 － 1 ， W 为颗粒碰撞过程弹性振动的总能量，m 为颗粒质 量，vr为颗粒碰撞速度，ρ1 为颗粒密度，ρ2 为壁面材 料密度，E1为颗粒材料弹性模量，E2为平壁材料弹性 模量，γ2 为平壁材料泊松比． 如果颗粒发生非弹性碰撞，碰撞后速度减小，方 向改变，碰撞后速度方向与重力方向的夹角为 β'， β' ＜ β，见图 6． 碰撞后的速度方程为 v' 1 sinβ' = εn v1 sinβ v' 1 cosβ' = εtv1 cosβ v' 1 = ( εn v1 sinβ) 2 + ( εtv1 槡 cosβ) { 2 ( 10) 式中: εn 为水平能量耗散系数，即法向碰撞耗散系 数，指颗粒与壁面碰撞点法线方向碰撞前后颗粒速 度比值; εt 为垂直能量耗散系数，即切向碰撞耗散 系数，指颗粒与壁面碰撞点切线方向碰撞前后颗粒 速度比值． 图 6 颗粒在并罐式中心喉管受力运动 Fig． 6 Particle's force and movement in the centering tube of a paral￾lel hopper 颗粒碰撞时不仅存在法向碰撞耗散，还有切向 碰撞耗散． 由于切向碰撞耗散系数主要影响颗粒的 旋转运动，它不仅与法向速度还和切向速度都有关， 很难确定切向碰撞耗散系数，通过理论计算的切向 耗散系数和实际情况差别较大，还需要进行修正． 如果不考虑颗粒碰撞后的转动，在喉管内流动的颗 粒可以忽略切向耗散系数的影响，即颗粒的切向碰 撞耗散系数 εt = 1． 颗粒与管壁碰撞后，在中心喉管内发生动能耗 散，速度衰减． 颗粒从碰撞点运动到喉管出口处的 时间 T喉，碰撞后的水平速度分量 v' 1 sinβ． 当 v' 1 sinβ·T喉 ＜ D喉 /sinβ 时，颗粒不再与喉管管 壁发生碰撞，开始自由落体运动． 当 v' 1 sinβ·T喉 ＞ D喉 /sinβ 时，颗粒与喉管管壁再 次发生碰撞，运动状态与第一次发生碰撞相似，颗粒 发生速度大小和方向变化，直到满足不再发生碰撞 后，颗粒开始自由落体运动． 颗粒在中心喉管内碰 撞的次数与喉管长度、Y 形管的倾角 β 以及动能耗 散系数等密切相关． 中心喉管长度 L喉 越长，颗粒的 碰撞次数越多; 动能耗散系数越大，越接近完全弹性 碰撞，颗粒碰撞次数越多; Y 形管倾角 β 越大，颗粒 碰撞的次数将增加． 对于并罐式无钟炉顶设备，由于 Y 形管与中心 喉管之间还有检修眼睛阀、波纹管，在喉管上方还有 一段垂直高度，因此计算颗粒发生第一次碰撞的位 置必须考虑 Y 形管垂直部分的高度 LY喉． 炉料颗粒在 Y 形管垂直部分和中心喉管的运 动总时间如下: T喉总 = L喉 /nεv1 cosβ + LY喉 /nεv1 cosβ，n = 1，2，… ( 11) 式中，n 为颗粒碰撞次数． 炉料颗粒在喉管出口处的位置与喉管中心线的 径向距离，是造成并罐炉顶布料蛇形偏料的主要原 因． 也就是说，炉料从节流阀流出直至到达溜槽之 前流量不发生变化，而在落入溜槽的瞬间，料流在溜 槽上的落点发生改变导致炉料流量发生变化，造成 炉料布料不均． 5 并罐式炉顶炉料密集点冲击溜槽的轨迹 分析 为准确分析颗粒的运动受力情况，定义两个概 念，溜槽的有效长度 L1和炉料在溜槽上运动长度 l． 溜槽有效长度 L1指溜槽末端颗粒出口处到溜槽悬 挂轴线的垂直距离，炉料在溜槽上运动长度 l 指炉 料颗粒碰撞点到溜槽末端出口处的直线距离，见 图 7． 颗粒在溜槽上运动长度计算如下: l = L1 － e/tanα ( 12) 对于并罐式无钟炉顶布料过程，由于颗粒进入 溜槽的速度不是沿喉管中心线垂直下落的过程，而 是以一定的倾斜角度落入溜槽． 炉料颗粒以倾角 β' 落入溜槽，其落点位置会发生偏移，炉料偏移有四种 极限情况: 第一种情况颗粒向左侧偏移，第二种情况 颗粒向右侧偏移，如图 7 所示; 第三种情况是颗粒向 前偏移和第四种颗粒向后偏移，如图 8 所示． 第一种情况，颗粒向左偏移． 炉料颗粒与溜槽 碰撞后，沿溜槽倾斜方向的速度为 ·482·