Flow patterns in granular material in circular silos

Abstract

The Paper describes an investigation into the actual flow patterns in granular fill during discharge from tall silos. The work was done with the aid of model silos of different sizes. Three separate gradings of fine gravel fill were tested for various port openings centrally located. Rough and smooth walled surfaces were used. Two independent methods for investigating the nature of flow were employed, namely gravel fill arranged in concentric cylinders of colour inside the model silo and, independently, radioactive labels placed in the fill tracked with an isotope scanner during discharge. The results of the investigation clearly revealed the flow patterns. The work also indicated that four separate zones of flow occur within the fill, namely a plug flow zone occurring at all levels above crater formation level, a dynamic equilibrium zone confined to that of a mitre-of-revolution formed over the central port opening within which the fill is in a steady state of deformation, a dead space zone confined to inert material forming a natural hopper bottom and a free-fall zone which occurs beneath the soffit of the mitre-of-revolution. This zone is of open texture where the particles of fill material accelerate freely. Cette Communication décrit une étude des profils d'écoulement réels dans des charges de particules au cours de la vidange de silos de grandes dimensions. On a effectué les études sur des modèles de silos de diverses dimensions. On a utilisé trois fractions granulométriques de remblais de gravillons pour diverses dimensions d'ouvertures centrales. On a également étudié l'influence de la rugosité des parois. On s'est servi de deux méthodes indépendantes pour étudier la nature de l'écoulement: une mise en place du matériau ensilé en cylindres concentriques colorés à l'intérieur de modèle, et, au cours d'autres expériences indépendantes, l'utilisation de traceurs radioactifs placés dans la masse, dont on a suivi le mouvement au cours de la vidange par balayage isotopique. Les résultats de ces études ont mis en évidence clairement le type d'écoulement existant. Ils démontrent également qu'il y a quatre zônes d'écoulement distinctes dans la masse: (a) une zône d'écoulement frontal qui existe à tous les niveaux supérieurs au niveau de formation du cratère, (b) une zône d'équilibre dynamique limitée par un cône de révolution à 45° passant par l'ouverture centrale, dans laquelle la masse est en état d'équilibre de déformation (c) une zône morte correspondant au matériau au repos formant un fonds incliné naturel d) une zône de chute libre située au-dessous du cône de révolution. Cette zône a une structure ouverte, dans laquelle les particules du matériau accélèrent librement.