BADANIA DEFORMACJI W MATERIAŁACH SYPKICH PODCZAS DYNAMICZNEGO PRZEPŁYWU W SILOSACH

ISBN: 978-83-7348-524-2

371 stron
format: B5
oprawa: miękka
Rok wydania: 2014

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 OZNACZEŃ1. WPROWADZENIE1.1. Problematyka badawcza przepływu materiałów sypkich w silosach1.2. Cel i zakres pracy2. PRZEGLĄD LITERATURY2.1. Badania doświadczalne lokalizacji odkształceń w materiałach sypkich2.2. Nowoczesne bezinwazyjne techniki pomiarowe lokalizacji odkształceń oraz zmian koncentracji materiału sypkiego2.2.1. Metoda Particle Image Velocimetry (PIV)2.2.2. Metoda Electrical Capacitance Tomography (ECT)2.2.3. Metoda Particle Image Thermography (PIT)2.3. Efekty dynamiczne w silosach2.3.1. Eksperymenty w silosach2.3.2. Przyczyny powstawania efektów dynamicznych2.3.3. Metody redukcji efektów dynamicznych2.4. Numeryczne modelowanie materiału sypkiego2.4.1. Teoretyczne modele przepływu materiału sypkiego2.4.2. Zastosowanie metody elementów dyskretnych w symulacji przepływu materiału sypkiego w silosie3. INWAZYJNE POMIARY ZMIAN ODKSZTAŁCEŃ W MATERIAŁACH SYPKICH3.1. Opis metody pomiarowej3.2. Model ściany oporowej3.2.1. Stanowisko badawcze3.2.2. Wyniki doświadczeń3.2.3. Ocena dokładności pomiarów3.3. Model silosu prostokątnego3.3.1. Stanowisko badawcze3.3.2. Wyniki doświadczeń3.3.3. Ocena dokładności pomiarów3.4. Podsumowanie wyników doświadczeń i wnioski szczegółowe4. BEZINWAZYJNE POMIARY ZMIAN ODKSZTAŁCEŃ W MATERIAŁACH SYPKICHMETODĄ PROMIENIOWANIA RENTGENOWSKIEGO (RTG)4.1. Opis metody pomiarowej4.2. Model ściany oporowej4.2.1. Stanowisko badawcze4.2.2. Wyniki doświadczeń4.2.3. Ocena dokładności pomiarów4.3. Model silosu prostokątnego4.3.1. Opis stanowiska badawczego4.3.2. Wyniki doświadczeń4.3.3. Ocena dokładności pomiarów4.4. Podsumowanie wyników doświadczeń i wnioski szczegółowe5. BEZINWAZYJNE POMIARY ZMIAN ODKSZTAŁCEŃ W MATERIAŁACH SYPKICHMETODĄ PARTICLE IMAGE VELOCIMETRY (PIV)5.1. Opis metody pomiarowej5.2. Model ściany oporowej5.2.1. Stanowisko badawcze5.2.2. Wyniki doświadczeń5.2.3. Ocena dokładności pomiarów5.3. Model silosu prostokątnego5.3.1. Stanowisko badawcze5.3.2. Wyniki doświadczeń5.3.3. Ocena dokładności pomiarów5.4. Podsumowanie wyników doświadczeń i wnioski szczegółowe6. BEZINWAZYJNE POMIARY ZMIAN ODKSZTAŁCEŃ W MATERIAŁACH SYPKICHMETODĄ ELECTRICAL CAPACITANCE TOMOGRAPHY (ECT)6.1. Opis metody pomiarowej6.2. Model silosu prostokątnego6.2.1. Stanowisko badawcze6.2.2. Wyniki doświadczeń6.2.3. Ocena dokładności pomiarów6.3. Model silosu cylindrycznego6.3.1. Stanowisko badawcze6.3.2. Wyniki doświadczeń6.3.3. Ocena dokładności pomiarów6.4. Podsumowanie wyników doświadczeń i wnioski szczegółowe7. BEZINWAZYJNE POMIARY ZMIAN ODKSZTAŁCEŃ W MATERIAŁACH SYPKICHMETODĄ PARTICLE IMAGE THERMOGRAPHY (PIT)7.1. Opis metody pomiarowej7.2. Model silosu cylindrycznego7.2.1. Stanowisko badawcze7.2.2. Wyniki doświadczeń7.2.3. Ocena dokładności pomiarów7.3. Podsumowanie wyników doświadczeń i wnioski szczegółowe8. POMIARY NAPORU MATERIAŁÓW SYPKICH NA DNO SILOSÓW8.1. Napór materiału sypkiego na dno silosu podczas przepływu kontrolowanego8.2. Model silosu cylindrycznego8.2.1. Stanowisko badawcze8.2.2. Wyniki doświadczeń8.2.3. Ocena dokładności pomiarów8.3. Podsumowanie wyników doświadczeń i wnioski szczegółowe9. EFEKTY DYNAMICZNE W SILOSACH9.1. Współczesne koncepcje powstawania efektów dynamicznych9.2. Model silosu cylindrycznego9.2.1. Stanowisko badawcze9.2.2. Wyniki doświadczeń9.2.3. Ocena dokładności pomiarów9.3. Podsumowanie wyników doświadczeń i wnioski szczegółowe10. REDUKCJA EFEKTÓW DYNAMICZNYCH10.1. Klasyfikacja metod redukcji10.2. Model silosu cylindrycznego10.2.1. Stanowisko badawcze10.2.2. Wyniki doświadczeń10.2.3. Ocena dokładności metod redukcji10.3. Podsumowanie wyników doświadczeń i wnioski szczegółowe11. NUMERYCZNE MODELOWANIE MATERIAŁU SYPKIEGO PODCZAS PRZEPŁYWUW SILOSIE PROSTOKĄTNYM11.1. Założenia metody Discrete Element Method (DEM)11.2. Wyniki obliczeń11.3. Ocena dokładności metody obliczeniowej11.4. Podsumowanie wyników obliczeń i wnioski szczegółowe12. PODSUMOWANIE12.1. Uwagi końcowe12.2. Kierunki dalszych badańBIBLIOGRAFIAStreszczenie w języku polskimStreszczenie w języku angielskim