Schüttgutmechanik: Grundlagen und Anwendungen in der Verfahrenstechnik

1 Einführung.- 1.1 Wechselwirkungen zwischen Technologie und Wissenschaft.- 1.2 Der Zwittercharakter feinkörniger Schüttgüter.- 1.3 Prinzipien der Partikeltechnologie.- 1.4 Methodische Aspekte.- 2 Die Rolle der Partikelwechselwirkungen in der Schüttgutmechanik.- 2.1 Die Korngrößenabhängigkeit der Kohäsion.- 2.2 Die Janssenformel.- 2.3 In den Partikelkontakten übertragbare Haftkräfte in Abhängigkeit von der Belastungsvorgeschichte.- 2.4 Konsequenzen für Theorie und Experiment.- 3 Spannungs- und Deformationszustand in einem Punkt eines Kontinuums.- 3.1 Der Spannungstensor.- 3.2 Symmetrie des Spannungstensors.- 3.3 Hauptspannungen und deren Orientierungen.- 3.4 Grafische Darstellung von Spannungszuständen durch Mohrkreise.- 3.5 Der Tensor der Deformationsgeschwindigkeiten.- 4 Spannungsübertragung in einer Partikelschüttung.- 4.1 Problemstellung.- 4.2 Voraussetzungen.- 4.3 Übertragung einer isostatischen Belastung.- 4.4 Kraftübertragung in den Partikelkontakten im allgemeinen Fall.- 5 Grundlegende Materialeigenschaften für eine Theorie der Fließeigenschaften kohäsiver Schüttgüter.- 5.1 Physikalische Ursachen der Haftkräfte zwischen Partikeln.- 5.2 Zusammenhang zwischen Haftkräften und vorangegangener Verfestigung.- 5.3 Die innere Reibung eines Schüttgutes.- 6 Theorie der Fließeigenschaften kohäsiver Schüttgüter.- 6. 1 Legitime Forderungen an die Theorie.- 6.2 Der stationäre Fließort.- 6.3 Anisotropie eines verfestigten Schüttgutes.- 6.4 Bei der Herleitung der individuellen Fließorte erforderliche Voraussetzungen..- 6.5 Berechnung der individuellen Fließorte...- 6.6 Individuelle Fließorte bei der Belastungsvorgeschichte “stationäres Fließen”.- 6.7 Einfache Typen des Fließverhaltens von Schüttgütern.- 6.8 Ermittlung der Materialdaten ?O, p und ?e mit Hilfe linearisierter Fließortgleichungen.- 6.9 Berechnung der Druckfestigkeitskennlinie eines kohäsivenSchüttgutes aus linearisierten Fließorten.- 6.10 Veränderung der Parameter ?O, p ?e und ?e mit dem Feingutanteil im Schüttgut.- 6.11 Die Druckfestigkeit feuchter Schüttgüter.- 7 Differentialgleichungen des Spannungsfeldes.- 7.1 Spannungsgleichgewicht im Schwerefeld.- 7.2 Spannungen im fließenden Schüttgut.- 7.3 Die Spannungsfeldgleichungen des ebenen Fließzustandes.- 7.4 Die charakteristischen Kurven der quasilinearen Differentialgleichung erster Ordnung bei zwei unabhängigen Veränderlichen.- 7.5 Die Charakteristiken des Spannungsfeldes für ebenes Fließen ’.- 7.6 Zur numerischen Integration der Differentialgleichungen für das Spannungsfeld.- 8 Differentialgleichungen für Spannungs- und Geschwindigkeitsfelder bei stationärem, langsamen Fließen in geeig-neten orthogonalen Koordinaten.- 8.1 Problemstellung.- 8.2 Differentialgleichungen der Spannungsfelder in Zylinder-und in Kugelkoordinaten.- 8.3 Fließbedingungen bei stationärem Fluß.- 8.4 Der Tensor der Deformationsgeschwindigkeiten in beliebigen orthogonalen Koordinaten.- 8.5 Orientierung der größten Hauptdeformationsgeschwindigkeit in Zylinder- und in Kugelkoordinaten.- 8.6 Kontinuitätsgleichungen für inkompressible Materialien in Zylinder- bzw. in Kugelkoordinaten.- 9 Das Konzept der radialen Spannungs- und Geschwindigkeitsfelder.- 9.1 Problemstellung.- 9.2 Die Differentialgleichungen des radialen Spannungsfeldes.- 9.3 Radiale Geschwindigkeitsfelder.- 9.4 Gültigkeitsgrenzen der Lösungen für das radiale Spannungsfeld.- 9.5 Numerische Integration der Differentialgleichungen für radiale Spannungsfelder.- 10 Messung der Schüttguteigenschaften für Auslegungszwecke.- 10.1 Problemstellung.- 10.2 Durchführung und Auswertung von Scherversuchen.- 10.3 Problematik der Schertests.- 10.4 Ermittlung der Wandreibung eines Schüttgutes.- 11 Vorhersage von Flußtyp und kritischen Austrittsquer- schnitten für Massenflußbunker.- 11.1 Problemstellung.- 11.2 Spannungszustände in stabilen Gutbrücken.- 11.3 Größte Spannweite einer stabilen Gutbrücke.- 11.4 Fließfaktor-Diagramme.- 1 1.5 Auslegungsprozedur für Massenflußbunker.- 12 Experimentelle Überprüfung der Vorhersagen über Flußtyp und kritischen Austrittsquerschnitt bei Massenfluß.- 12.1 Problemstellung.- 12.2 Modellversuche zur Bunkerung kohäsiver Schüttgüter.- 12.3 Überprüfung der Vorhersage des Flußtyps.- 12.4 Experimentelle Ermittlung von kritischen Austrittsquerschnitten.- 12.5 Vorhersage der kritischen Austrittsquerschnitte mittels Schertests und Auslegungsdiagrammen.- 13 Schachtbildung bei Kernflußbunkern.- 13.1 Problemstellung.- 13.2 Verfestigender Spannungszustand beim Kernflußbunker.- 13.3 Spannungszustände bei Schachtbildung.- 13.4 Gleitlinien bei beginnendem Fließen.- 13.5 Bedingungen für begrenzte plastische Felder.- 13-6 Zulässiger Mindestdurchmesser.- 13.7 Überprüfung der Theorie mittels Zentrifugenversuchen.- 14 Kompaktieren von Schüttgütern auf Walzenpressen.- 14.1 Problemstellung.- 14.2 Geometrische Beziehungen für den Walzenspalt.- 14.3 Eine sinnvoll formulierte Randwertaufgabe.- 14.4 Lösung der Spannungsfeldgleichungen mit Hilfe der Charakteristiken.- 14.5 Spannungsberechnung bei Vernachlässigung des Schwerkrafteinflusses.- 14.6 Spannungsberechnung im Gebiet des schlupffrei mitgenommenen Schüttgutes.- 14.7 Ermittlung des Greifwinkels.- 14.8 Abhängigkeit des Greifwinkels von Material- und konstruktiven Daten.- 14.9 Einfluß von Material- und konstruktiven Daten auf die Auslegungsgrößen einer Walzenpresse.- 14.10 Mechanisches Verstärkungsverhältnis einer Walzenpresse.- 14.11 Einfluß von Materialverlusten.- 15 Einfluß der Haftkräfte auf das Fluidisationsverhalten feinkörniger Partikeln in Gas/Feststoff-Wirbelschichten.- 15.1 Problemstellung.- 15.2 Die vier Feststofftypen nach Geldart.- 15.3 Das Verhalten von Materialien der Gruppe C.- 15.4 Auf die Partikeln bei der Fluidisation ausgeübte Strömungskräfte.- 15.5 Allgemeingültige Aussagen über die zwischen Partikeln wirksamen Haftkräfte.- 15.6 Übergang vom Verhalten gemäß Gruppe A zum Verhalten gemäß Gruppe C.- 15.7 Übergang vorn Verhalten gemäß Gruppe B zum Verhalten gemäß Gruppe A.- 15.8 Experimentelle Überprüfung der theoretischen Überlegungen.- 16 Anhang.- 17 Nomenklatur.- 18 Literaturverzeichnis.- 19 Sachverzeichnis.