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1、 中国科学技术大学本科毕业论文 筒仓垮塌现象实验研究 筒仓垮塌现象实验研究 姓名： 杨 果 成 导师： 吴清松 教授 胡茂彬 副教授 专业： 热科学和能源工程 中国科学技术大学热科学和能源工程系 二零一零 年 六 月 中国科学技术大学本科毕业论文 致致 谢谢 本文的工作始终是在吴清松、胡茂彬、姜锐三位老师的精心指导和热情关怀下完成的。老师们严谨的治学态度、深厚的学识、独特的创新意识让我大受裨益，为今后的学业和科研工作打下了坚实的基础。本文的研究方向的确定、研究工作以及论文的撰写和修正，都倾注了老师们的大量心血。在此向三位老师表示由衷的感谢。 中国科学技术大学本科毕业论文 1 目目 录录 中国科
2、学技术大学本科毕业论文.1 致 谢.2 目 录.1 摘 要.2 ABSTRACT.3 第 1 章 绪 论.4 1.1 颗粒物质的概述及其研究意义.4 1.2 粮仓效应.6 1.3 堵塞.7 1.4 筒仓垮塌现象.8 1.5 本文的主要研究工作.10 第 2 章 颗粒筒仓实验方案设计.11 2.1 实验目的.12 2.2 实验器材.12 2.3 实验步骤.14 第三章 实验结果.16 3.1 颗粒筒仓垮塌过程.16 3.2 筒仓颗粒作用壁面的发声频率与填充高度的关系.18 3.3 颗粒壁面发声频率与出口孔径的关系.21 3.4 本章小结.22 第四章 筒仓垮塌机理推测和将来研究展望.23 参考文
3、献.25 中国科学技术大学本科毕业论文 2 摘摘 要要 本文对筒仓内颗粒流动进行了实验研究，观测到了筒仓垮塌变形现象，并通过实验方法定性研究了筒仓颗粒与壁面作用的发声频率与填充高度(H)和漏斗孔径(d)大小的关系。研究结果可能对工农业中常用的筒仓设备垮塌机理的解释和相应的设计具有一定的指导意义。 实验首先向下部带有漏斗的筒仓填充颗粒物质，达到特定填充高度，然后打开下部出口，使其在重力作用下卸载，同时上部开口持续加载颗粒保持填充高度稳定。实验过程中发现内部颗粒介质流动时与筒仓壁面相互作用发出持续的、有节奏的声响。筒仓经历了一段时间加载卸载后，在靠近底部漏斗的筒仓壁面处出现微小的褶皱，褶皱变形随时
4、间逐渐扩大，最后导致筒仓垮塌。 基于上述观测的现象，本文分别改变了筒仓中的颗粒填充高度和筒仓的出口孔径，采集了相应的颗粒作用壁面声音数据，并进行了音频分析。我们发现填充高度与发声频率是呈反比关系，而且随着填充高度下降，至低于某个阈值时，颗粒与壁面相互作用发声现象逐渐消失，同时筒仓中颗粒的流动趋于平稳，类似连续介质。出口孔径对筒仓颗粒与壁面作用的发声频率也有很大的影响。我们采用了大、中、小三个不同孔径的出口进行实验，发现出口孔径越大，筒仓颗粒与壁面作用的发声频率越高。 根据上述实验结果，本文提出筒仓颗粒底部成拱和拱破裂造成筒仓颗粒与壁面作用发声的假设。对此推测与假设的验证，仍需进行进一步的实验和
5、理论分析。本文最后阐述了筒仓垮塌现象研究和未来工作的展望。 关键词：关键词：颗粒物质；筒仓垮塌；筒仓颗粒与壁面相互作用；发声频率 中国科学技术大学本科毕业论文 3 ABSTRACT We carry out some experiments on particle flow in a paper silo. The phenomenon of silo collapse is observed. We study qualitatively the effects of filling height and aperture size on the sound-burst frequency
6、of the silo wall. The results may be used to explain the collapsing mechanism of silo equipments, and can provide some guidance for the design of these equipments. At the beginning of the experiment, we fill the silo to a specific height. Then the grains are unloaded though the aperture at the botto
7、m. At the same time, we continue to load particles into the silo to maintain the filling height. Experiments find that the interaction between particles and silo wall will lead to continuous, rhythmic sound-bursting effect. After a period of loading and unloading,there are small buckling deformation
8、 near the bottom of the silo wall, which finally lead to silo collapse. Based on the above observations, we change the silos filling height and the aperture size, and collect sound data for analysis. We find that the silo sound-burst frequency have an inverse relation with filling height. When the h
9、eight drops to below a threshold, the sound of interaction between particles and wall disappear, while the flow of silo particles tend to smooth, similar to the continuous medium. Export aperture also has a great influence on the sound frequency of interaction between particles and wall. Three diffe
10、rent diameter of apertures are used in the experiment, we find that the larger the export, the higher the silo sound-burst frequency. Based on the above experiment result, we propose that granular archs forming and breaking at the bottom of the silo causes the silo sound-burst effect. Verification of this assumption still needs further experiments and more theoretical analysis. Finally, we describe some prospects of
