Badania deformacji materiałów sypkich podczas dynamicznego przepływu w silosach
- Dodaj recenzję:
- Kod: 2868
- Producent: Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej
- Autor: Maciej Niedostatkiewicz
-
-
- szt.
- Cena netto: 86,67 zł 91,00 zł
Badania deformacji materiałów sypkich podczas dynamicznego przepływu w silosach
rok wydania: 2014, wydanie pierwsze
ISBN: 978-83-7348-524-2
Opis
Monografia stanowi próbę połączenia analizy zagadnień powstawania zmian objętościowych, z uwzględnieniem lokalizacji odkształceń w postaci stref ścinania w materiale sypkim oraz pomiaru zmian koncentracji tego materiału podczas opróżniania silosu. W pracy przedstawiono również propozycje opisu mechanizmu powstawania samowzbudnych efektów dynamicznych występujących podczas opróżniania silosów.
Oprócz wpływu lokalizacji na wielkość naporu materiału sypkiego znajomość pola deformacji, w tym dokładnego położenia stref ścinania w materiale sypkim, jest istotna z następujących powodów: w celu wyjaśnienia mechanizmu płynięcia materiałów sypkich w silosie oraz w celu kalibracji stałych materiałowych niezbędnych do stosowania w zawansowanych prawach konstytutywnych opisujących przepływ materiałów sypkich.
Celem pracy było znalezienie optymalnej metody diagnostyki zachowania się materiału sypkiego podczas opróżniania silosu – w tym celu przeprowadzono, dla różnych warunków brzegowych, badania doświadczalne w silosach prostokątnym i cylindrycznym z zastosowaniem metod bezinwazyjnych: promieniowania rentgenowskiego (Rtg), Particle Image Velocimetry (PIV), Electrical Capacitance Tomography (ECT) oraz pilotażowo Particle Image Thermography (PIT). Zastosowanie metod bezinwazyjnych umożliwiło uniknięcie wprowadzenia do materiału sypkiego imperfekcji wpływających negatywnie na poprawność uzyskiwanych wyników pomiarowych. Promieniowanie rentgenowskie zastosowano jako metodę weryfikacyjną w silosie prostokątnym w zakresie powstawania lokalizacji odkształceń. W silosie prostokątnym szczególny nacisk położono na zastosowanie metody PIV do oceny charakterystyki lokalizacji odkształceń, zarówno w strefie przyściennej, jak i wewnątrz przepływającego materiału sypkiego. Metodę ECT zastosowano w celu oceny zmian koncentracji materiału sypkiego zarówno w silosie prostokątnym, jak i cylindrycznym oraz jako narzędzia umożliwiającego szacunkową analizę zjawisk dynamicznych zachodzących w przepływającym materiale sypkim w silosie cylindrycznym. Dynamikę wypływu materiału sypkiego z silosu cylindrycznego poddano również analizie z zastosowaniem wielokanałowych akcelerometrów pojemnościowych. Zachowanie materiału sypkiego podczas wypływu z modelu silosu cylindrycznego przeanalizowano dodatkowo za pomocą metod inwazyjnych, wykonując pomiary bezpośrednie naporu materiału sypkiego zarówno na ścianie, jak i wewnątrz materiału sypkiego. Analizę uzupełniono obliczeniami numerycznymi, stosując program YADE oparty na metodzie Discrete Element Method (DEM).
Spis treści
WYKAZ OZNACZEŃ / 7
1. WPROWADZENIE / 11
1.1. Problematyka badawcza przepływu materiałów sypkich w silosach / 11
1.2. Cel i zakres pracy / 18
2. PRZEGLĄD LITERATURY / 21
2.1. Badania doświadczalne lokalizacji odkształceńw materiałach sypkich / 21
2.2. Nowoczesne bezinwazyjne techniki pomiarowe lokalizacji odkształceń oraz zmian koncentracji materiału sypkiego / 30
2.2.1. Metoda Particle Image Velocimetry (PIV) / 30
2.2.2. Metoda Electrical Capacitance Tomography (ECT) / 32
2.2.3. Metoda Particle Image Thermography (PIT) / 37
2.3. Efekty dynamiczne w silosach / 37
2.3.1. Eksperymenty w silosach / 37
2.3.2. Przyczyny powstawania efektów dynamicznych / 40
2.3.3. Metody redukcji efektów dynamicznych / 44
2.4. Numeryczne modelowanie materiału sypkiego / 45
2.4.1. Teoretyczne modele przepływu materiału sypkiego / 45
2.4.2. Zastosowanie metody elementów dyskretnych w symulacji przepływu materiału sypkiego w silosie / 47
3. INWAZYJNE POMIARY ZMIAN ODKSZTAŁCEŃ W MATERIAŁACH SYPKICH / 51
3.1. Opis metody pomiarowej / 51
3.2. Model ściany oporowej / 51
3.2.1. Stanowisko badawcze / 51
3.2.2. Wyniki doświadczeń / 53
3.2.3. Ocena dokładności pomiarów / 56
3.3. Model silosu prostokątnego / 56
3.3.1. Stanowisko badawcze / 56
3.3.2. Wyniki doświadczeń / 61
3.3.3. Ocena dokładności pomiarów / 72
3.4. Podsumowanie wyników doświadczeńi wnioski szczegółowe / 73
4. BEZINWAZYJNE POMIARY ZMIAN ODKSZTAŁCEŃ W MATERIAŁACH SYPKICH METODĄ PROMIENIOWANIA RENTGENOWSKIEGO (RTG) / 74
4.1. Opis metody pomiarowej / 74
4.2. Modelś ciany oporowej / 78
4.2.1. Stanowisko badawcze / 78
4.2.2. Wyniki doświadczeń / 80
4.2.3. Ocena dokładności pomiarów / 83
4.3. Model silosu prostokątnego / 83
4.3.1. Opis stanowiska badawczego / 83
4.3.2. Wyniki doświadczeń / 85
4.3.3. Ocena dokładności pomiarów / 109
4.4. Podsumowanie wyników doświadczeń i wnioski szczegółowe / 110
5. BEZINWAZYJNE POMIARY ZMIAN ODKSZTAŁCEŃ W MATERIAŁACH SYPKICH METODĄ PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY (PIV) / 112
5.1. Opis metodypomiarowej / 112
5.2. Model ściany oporowej / 118
5.2.1. Stanowisko badawcze / 118
5.2.2. Wyniki doświadczeń / 122
5.2.3. Ocena dokładności pomiarów / 139
5.3. Model silosu prostokątnego / 149
5.3.1. Stanowisko badawcze / 149
5.3.2. Wyniki doświadczeń / 150
5.3.3. Ocena dokładności pomiarów / 162
5.4. Podsumowanie wyników doświadczeńi wnioski szczegółowe / 172
6. BEZINWAZYJNE POMIARY ZMIAN ODKSZTAŁCEŃW MATERIAŁACH SYPKICH METODĄ ELECTRICAL CAPACITANCE TOMOGRAPHY (ECT) / 174
6.1. Opis metody pomiarowej / 174
6.2. Model silosu prostokątnego / 181
6.2.1. Stanowisko badawcze / 181
6.2.2. Wyniki doświadczeń / 186
6.2.3. Ocena dokładności pomiarów / 194
6.3. Model silosu cylindrycznego / 206
6.3.1. Stanowisko badawcze / 206
6.3.2. Wyniki doświadczeń / 209
6.3.3. Ocena dokładności pomiarów / 225
6.4. Podsumowanie wyników doświadczeńi wnioski szczegółowe / 235
7. BEZINWAZYJNE POMIARY ZMIAN ODKSZTAŁCEŃ W MATERIAŁACH SYPKICH METODĄ PARTICLE IMAGE THERMOGRAPHY (PIT) / 239
7.1. Opis metody pomiarowej / 239
7.2. Model silosu cylindrycznego / 240
7.2.1. Stanowisko badawcze / 240
7.2.2. Wyniki doświadczeń / 242
7.2.3. Ocena dokładności pomiarów / 246
7.3. Podsumowanie wyników doświadczeńi wnioski szczegółowe / 247
8. POMIARY NAPORU MATERIAŁÓW SYPKICH NA DNO SILOSÓW / 248
8.1. Napór materiału sypkiego na dno silosu podczas przepływu kontrolowanego / 248
8.2. Model silosu cylindrycznego / 248
8.2.1. Stanowisko badawcze / 248
8.2.2. Wyniki doświadczeń / 250
8.2.3. Ocena dokładności pomiarów / 258
8.3. Podsumowanie wyników doświadczeńi wnioski szczegółowe / 258
9. EFEKTY DYNAMICZNE W SILOSACH / 259
9.1. Współczesne koncepcje powstawania efektów dynamicznych / 259
9.2. Model silosucylindrycznego / 268
9.2.1. Stanowisko badawcze / 268
9.2.2. Wyniki doświadczeń / 270
9.2.3. Ocena dokładności pomiarów / 291
9.3. Podsumowanie wyników doświadczeń i wnioski szczegółowe / 292
10. REDUKCJA EFEKTÓW DYNAMICZNYCH / 293
10.1. Klasyfikacja metod redukcji / 293
10.2. Model silosu cylindrycznego / 294
10.2.1. Stanowisko badawcze / 294
10.2.2. Wyniki doświadczeń / 295
10.2.3. Ocena dokładności metod redukcji / 308
10.3. Podsumowanie wyników doświadczeń i wnioski szczegółowe / 309
11. NUMERYCZNE MODELOWANIE MATERIAŁU SYPKIEGO PODCZAS PRZEPŁYWU W SILOSIE PROSTOKĄTNYM / 311
11.1. Założenia metody Discrete Element Method (DEM) / 311
11.2. Wyniki obliczeń / 317
11.3. Ocena dokładności metody obliczeniowej / 332
11.4. Podsumowanie wyników obliczeń i wnioski szczegółowe / 335
12. PODSUMOWANIE / 337
12.1. Uwagi końcowe / 337
12.2. Kierunki dalszych badań / 338
BIBLIOGRAFIA / 341
Streszczenie w języku polskim / 369
Streszczenie w języku angielskim / 370
rok wydania: 2014, wydanie pierwsze
ISBN: 978-83-7348-524-2
Opis
Monografia stanowi próbę połączenia analizy zagadnień powstawania zmian objętościowych, z uwzględnieniem lokalizacji odkształceń w postaci stref ścinania w materiale sypkim oraz pomiaru zmian koncentracji tego materiału podczas opróżniania silosu. W pracy przedstawiono również propozycje opisu mechanizmu powstawania samowzbudnych efektów dynamicznych występujących podczas opróżniania silosów.
Oprócz wpływu lokalizacji na wielkość naporu materiału sypkiego znajomość pola deformacji, w tym dokładnego położenia stref ścinania w materiale sypkim, jest istotna z następujących powodów: w celu wyjaśnienia mechanizmu płynięcia materiałów sypkich w silosie oraz w celu kalibracji stałych materiałowych niezbędnych do stosowania w zawansowanych prawach konstytutywnych opisujących przepływ materiałów sypkich.
Celem pracy było znalezienie optymalnej metody diagnostyki zachowania się materiału sypkiego podczas opróżniania silosu – w tym celu przeprowadzono, dla różnych warunków brzegowych, badania doświadczalne w silosach prostokątnym i cylindrycznym z zastosowaniem metod bezinwazyjnych: promieniowania rentgenowskiego (Rtg), Particle Image Velocimetry (PIV), Electrical Capacitance Tomography (ECT) oraz pilotażowo Particle Image Thermography (PIT). Zastosowanie metod bezinwazyjnych umożliwiło uniknięcie wprowadzenia do materiału sypkiego imperfekcji wpływających negatywnie na poprawność uzyskiwanych wyników pomiarowych. Promieniowanie rentgenowskie zastosowano jako metodę weryfikacyjną w silosie prostokątnym w zakresie powstawania lokalizacji odkształceń. W silosie prostokątnym szczególny nacisk położono na zastosowanie metody PIV do oceny charakterystyki lokalizacji odkształceń, zarówno w strefie przyściennej, jak i wewnątrz przepływającego materiału sypkiego. Metodę ECT zastosowano w celu oceny zmian koncentracji materiału sypkiego zarówno w silosie prostokątnym, jak i cylindrycznym oraz jako narzędzia umożliwiającego szacunkową analizę zjawisk dynamicznych zachodzących w przepływającym materiale sypkim w silosie cylindrycznym. Dynamikę wypływu materiału sypkiego z silosu cylindrycznego poddano również analizie z zastosowaniem wielokanałowych akcelerometrów pojemnościowych. Zachowanie materiału sypkiego podczas wypływu z modelu silosu cylindrycznego przeanalizowano dodatkowo za pomocą metod inwazyjnych, wykonując pomiary bezpośrednie naporu materiału sypkiego zarówno na ścianie, jak i wewnątrz materiału sypkiego. Analizę uzupełniono obliczeniami numerycznymi, stosując program YADE oparty na metodzie Discrete Element Method (DEM).
Spis treści
WYKAZ OZNACZEŃ / 7
1. WPROWADZENIE / 11
1.1. Problematyka badawcza przepływu materiałów sypkich w silosach / 11
1.2. Cel i zakres pracy / 18
2. PRZEGLĄD LITERATURY / 21
2.1. Badania doświadczalne lokalizacji odkształceńw materiałach sypkich / 21
2.2. Nowoczesne bezinwazyjne techniki pomiarowe lokalizacji odkształceń oraz zmian koncentracji materiału sypkiego / 30
2.2.1. Metoda Particle Image Velocimetry (PIV) / 30
2.2.2. Metoda Electrical Capacitance Tomography (ECT) / 32
2.2.3. Metoda Particle Image Thermography (PIT) / 37
2.3. Efekty dynamiczne w silosach / 37
2.3.1. Eksperymenty w silosach / 37
2.3.2. Przyczyny powstawania efektów dynamicznych / 40
2.3.3. Metody redukcji efektów dynamicznych / 44
2.4. Numeryczne modelowanie materiału sypkiego / 45
2.4.1. Teoretyczne modele przepływu materiału sypkiego / 45
2.4.2. Zastosowanie metody elementów dyskretnych w symulacji przepływu materiału sypkiego w silosie / 47
3. INWAZYJNE POMIARY ZMIAN ODKSZTAŁCEŃ W MATERIAŁACH SYPKICH / 51
3.1. Opis metody pomiarowej / 51
3.2. Model ściany oporowej / 51
3.2.1. Stanowisko badawcze / 51
3.2.2. Wyniki doświadczeń / 53
3.2.3. Ocena dokładności pomiarów / 56
3.3. Model silosu prostokątnego / 56
3.3.1. Stanowisko badawcze / 56
3.3.2. Wyniki doświadczeń / 61
3.3.3. Ocena dokładności pomiarów / 72
3.4. Podsumowanie wyników doświadczeńi wnioski szczegółowe / 73
4. BEZINWAZYJNE POMIARY ZMIAN ODKSZTAŁCEŃ W MATERIAŁACH SYPKICH METODĄ PROMIENIOWANIA RENTGENOWSKIEGO (RTG) / 74
4.1. Opis metody pomiarowej / 74
4.2. Modelś ciany oporowej / 78
4.2.1. Stanowisko badawcze / 78
4.2.2. Wyniki doświadczeń / 80
4.2.3. Ocena dokładności pomiarów / 83
4.3. Model silosu prostokątnego / 83
4.3.1. Opis stanowiska badawczego / 83
4.3.2. Wyniki doświadczeń / 85
4.3.3. Ocena dokładności pomiarów / 109
4.4. Podsumowanie wyników doświadczeń i wnioski szczegółowe / 110
5. BEZINWAZYJNE POMIARY ZMIAN ODKSZTAŁCEŃ W MATERIAŁACH SYPKICH METODĄ PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY (PIV) / 112
5.1. Opis metodypomiarowej / 112
5.2. Model ściany oporowej / 118
5.2.1. Stanowisko badawcze / 118
5.2.2. Wyniki doświadczeń / 122
5.2.3. Ocena dokładności pomiarów / 139
5.3. Model silosu prostokątnego / 149
5.3.1. Stanowisko badawcze / 149
5.3.2. Wyniki doświadczeń / 150
5.3.3. Ocena dokładności pomiarów / 162
5.4. Podsumowanie wyników doświadczeńi wnioski szczegółowe / 172
6. BEZINWAZYJNE POMIARY ZMIAN ODKSZTAŁCEŃW MATERIAŁACH SYPKICH METODĄ ELECTRICAL CAPACITANCE TOMOGRAPHY (ECT) / 174
6.1. Opis metody pomiarowej / 174
6.2. Model silosu prostokątnego / 181
6.2.1. Stanowisko badawcze / 181
6.2.2. Wyniki doświadczeń / 186
6.2.3. Ocena dokładności pomiarów / 194
6.3. Model silosu cylindrycznego / 206
6.3.1. Stanowisko badawcze / 206
6.3.2. Wyniki doświadczeń / 209
6.3.3. Ocena dokładności pomiarów / 225
6.4. Podsumowanie wyników doświadczeńi wnioski szczegółowe / 235
7. BEZINWAZYJNE POMIARY ZMIAN ODKSZTAŁCEŃ W MATERIAŁACH SYPKICH METODĄ PARTICLE IMAGE THERMOGRAPHY (PIT) / 239
7.1. Opis metody pomiarowej / 239
7.2. Model silosu cylindrycznego / 240
7.2.1. Stanowisko badawcze / 240
7.2.2. Wyniki doświadczeń / 242
7.2.3. Ocena dokładności pomiarów / 246
7.3. Podsumowanie wyników doświadczeńi wnioski szczegółowe / 247
8. POMIARY NAPORU MATERIAŁÓW SYPKICH NA DNO SILOSÓW / 248
8.1. Napór materiału sypkiego na dno silosu podczas przepływu kontrolowanego / 248
8.2. Model silosu cylindrycznego / 248
8.2.1. Stanowisko badawcze / 248
8.2.2. Wyniki doświadczeń / 250
8.2.3. Ocena dokładności pomiarów / 258
8.3. Podsumowanie wyników doświadczeńi wnioski szczegółowe / 258
9. EFEKTY DYNAMICZNE W SILOSACH / 259
9.1. Współczesne koncepcje powstawania efektów dynamicznych / 259
9.2. Model silosucylindrycznego / 268
9.2.1. Stanowisko badawcze / 268
9.2.2. Wyniki doświadczeń / 270
9.2.3. Ocena dokładności pomiarów / 291
9.3. Podsumowanie wyników doświadczeń i wnioski szczegółowe / 292
10. REDUKCJA EFEKTÓW DYNAMICZNYCH / 293
10.1. Klasyfikacja metod redukcji / 293
10.2. Model silosu cylindrycznego / 294
10.2.1. Stanowisko badawcze / 294
10.2.2. Wyniki doświadczeń / 295
10.2.3. Ocena dokładności metod redukcji / 308
10.3. Podsumowanie wyników doświadczeń i wnioski szczegółowe / 309
11. NUMERYCZNE MODELOWANIE MATERIAŁU SYPKIEGO PODCZAS PRZEPŁYWU W SILOSIE PROSTOKĄTNYM / 311
11.1. Założenia metody Discrete Element Method (DEM) / 311
11.2. Wyniki obliczeń / 317
11.3. Ocena dokładności metody obliczeniowej / 332
11.4. Podsumowanie wyników obliczeń i wnioski szczegółowe / 335
12. PODSUMOWANIE / 337
12.1. Uwagi końcowe / 337
12.2. Kierunki dalszych badań / 338
BIBLIOGRAFIA / 341
Streszczenie w języku polskim / 369
Streszczenie w języku angielskim / 370
