2 粉体的描述-2

1、粉体的粒子学特性包括粉体的粒子学特性包括粉体粒径、粒径分布、粉体粒径、粒径分布、粒子形状、密度、流动性、堆积密度、比表面粒子形状、密度、流动性、堆积密度、比表面积积等。等。234BPk5BBMV2-1B形状、尺寸、尺寸分布、堆积方式形状、尺寸、尺寸分布、堆积方式6,B A,B T7100mL100mL防止颗防止颗粒团聚粒团聚松动堆积松动堆积测量测量紧密堆积紧密堆积测量测量8堆堆积积方方式式对对小小颗颗粒粒影影响响大大9PVC比较特殊比较特殊10=PBBPVV堆积的颗粒体积堆积的颗粒体积粉体填充体积粉体填充体积1111vBBPVV 2-2=PBBPVV堆积的颗粒体积堆积的颗粒体积粉体填充体积粉体

2、填充体积12堆积空隙率堆积空隙率取决于颗粒的形状、颗粒的尺寸与尺寸分取决于颗粒的形状、颗粒的尺寸与尺寸分布及粉体的堆积方式。布及粉体的堆积方式。,1B AB AP ,1B TB TP2-32-4松动堆积空隙率松动堆积空隙率紧密堆积空隙率紧密堆积空隙率131415分布宽度对空隙率具有较为明显的影响分布宽度对空隙率具有较为明显的影响1617正方形排列层正方形排列层均一球形颗粒的基本排列层均一球形颗粒的基本排列层等边三角形等边三角形/ /菱形菱形/ /六边形排列层六边形排列层18192021空间特征的计算结果空间特征的计算结果222324dP= 7.56mm，自然投入堆积，实验测量可以与表，自然投入

3、堆积，实验测量可以与表2-2计算结果计算结果相比较。一致，非常吻合！相比较。一致，非常吻合！252627随机堆积计算方法（公式）比较（经验关联）。随机堆积计算方法（公式）比较（经验关联）。28,100100 1B AB TB AB AB TVVCV2-8VB,AVB,T292-9常用于表征粉体的可压缩性和流动性常用于表征粉体的可压缩性和流动性,B TB AHR30根据图根据图2-2可以可以发现发现,颗粒尺寸颗粒尺寸增加增加,堆积密度堆积密度相差变小。相差变小。312-10,100100 1B AB TB AB AB TB TB AVVCVHR1100 1CHR粉体的可压缩性和粉体的可压缩性和H

4、ausner比值的关系为比值的关系为2-82-932粉体的可压缩性、团聚性和流动性与粉体的可压缩性、团聚性和流动性与HR值的关系值的关系特征指标特征指标较粗颗粒较粗颗粒 较细颗粒较细颗粒细颗粒细颗粒极细颗粒极细颗粒Hausner比值比值2.0可压缩性（）可压缩性（）50流动性流动性良好流动性良好流动性流动性好流动性好流动性差流动性差不流动不流动团聚性团聚性不团聚不团聚轻微团聚性轻微团聚性 强团聚性强团聚性 极强的团聚性极强的团聚性例如：花椒粉，当例如：花椒粉，当C30%时倒不出来。时倒不出来。333435实验证明，对大多数分子来说，色散力是主要的；实验证明，对大多数分子来说，色散力是主要的；只

5、有偶极矩很大的分子只有偶极矩很大的分子( (如水如水) )，取向力才是主要的；，取向力才是主要的；而诱导力通常是很小的。而诱导力通常是很小的。P19 P19 表表1-11 1-11 一些分子间相互作用常数一些分子间相互作用常数362212623d dp pUkTr 1-90分子物理理论分子物理理论6d dUrBoltzmann constant k = R/NA = 8.314 / 6.0231023 = 1.38110-23J/K 372212216didp ap aUr 1-911, 2两分子的极化强度两分子的极化强度6d idUr386212121)(23rIIIIUdisp电离能电离能

6、1-926dispUr396rCUmmmm666dddiddispUrUrUr1-93Cmm：London-van der Waals常数常数401264mmUrr 势井深度，势能曲线的最小值势井深度，势能曲线的最小值 势能为零时分子间的距离势能为零时分子间的距离1-9441Argon molecularHard sphere modelMolecular diameter 势能曲线的最小值；势能曲线的最小值； 势能为零时分子间的距离。势能为零时分子间的距离。0 rdUrd1-954264mmC6rCUmmmm6124rrUmm查表计算获得查表计算获得1-961-93 1-944344引力势能

7、理论引力势能理论 + 能量叠加原理能量叠加原理45122121ddV Vmm0ppVVUnnUparticlesMolecular density1-974601201212ppd dAUZdd 1-98颗粒间距，通常取为颗粒间距，通常取为40AA为为Hamaker常数常数212mmAn n C47221112AAA 1-10048颗粒颗粒颗粒颗粒Hamaker常数常数A/eV颗粒颗粒颗粒颗粒Hamaker常数常数A/eV真空真空水水真空真空水水Au-Au3.4142.352MgO-MgO0.7230.112Ag-Ag2.7931.853KCl-KCl1.1170.277Cu-Cu1.9171

8、.117Cds-Cds1.0460.327金属金属金属金属1.872Al2O3- Al2O30.936C-C2.0530.943H2O-H2O0.341Si-Si1.6140.833Polystyrene-Polystyrene0.4560.0263Ge-Ge1.9961.112表表1-13 一些颗粒系数在真空和水中的一些颗粒系数在真空和水中的Hamaker常数值常数值P194900122001212ppvdwUd dAFZZdd 1-101约定负号表示引力。约定负号表示引力。5000122001212ppvdwUd dAFZZdd 1-10102012vdwAFZ1-102颗粒颗粒与与平面平

9、面，d2，范德华力，范德华力5100122001212ppvdwUd dAFZZdd 1-101等直径两颗粒等直径两颗粒，d1=d2，范德华力，范德华力02024vdwAdFZ1-103522121202121001212ddddZBddddZAUgppp1-105gpmmCqnqnB,12212)(1-106积分得：积分得：B气体吸附常数气体吸附常数mmCnnA212A为为Hamaker常数常数1-9953 PPMNn01-107Amedeo Avogadro（17761856）constant, 6.0231026 kmol-1颗粒材料的摩尔质量颗粒材料的摩尔质量54ggMNdmq021-

10、1086PgMdnM1-109单位颗粒表面积吸附气体分子的个数单位颗粒表面积吸附气体分子的个数q为：为： 颗粒单位质量所吸附的气体量。颗粒单位质量所吸附的气体量。55gpmmgPCMMddAB,2161-110ppmmggmmgpmmCCC,1-111进一步可以获得气体吸附常数进一步可以获得气体吸附常数B的计算式为：的计算式为：5621213021212000612ddddZBddddZAZUFgpppa1-112)21 (000AZBFFvdwa1-1131-1011-101式式57计算由于吸附气体后对于范德华力的增强作用。以计算由于吸附气体后对于范德华力的增强作用。以FCC-FCC颗粒为例

11、进行讨论。结果见图颗粒为例进行讨论。结果见图1-16。表表1-14 计算气体吸附对计算气体吸附对FCC-FCC颗粒间范德华力影响的常数颗粒间范德华力影响的常数气气 体体NeArN2AirCO2Cgg/Jm6910-7910-7710-7710-7710-77(气体质量气体质量/单位颗粒质量单位颗粒质量)0.00010.00360.0040.0070.1FCC-FCCA/eV0.936Css/Jm62.8810-7558易吸附气体易吸附气体59当颗粒接触时，通常在接触点产生变形。这样增加了当颗粒接触时，通常在接触点产生变形。这样增加了颗粒间的接触面积。相当于增加了颗粒间距离较近的颗粒间的接触面积

12、。相当于增加了颗粒间距离较近的分子数，从而使得颗粒间的引力势能增加，也增加了分子数，从而使得颗粒间的引力势能增加，也增加了颗粒间相互作用的范德华力。颗粒间相互作用的范德华力。background606122000(1)(1)122122pp gsADaBDaUZDZZD a颗粒变形后的接触面积；颗粒变形后的接触面积；D颗粒的接触直径。颗粒的接触直径。1-114621212d dDdd1-115此时颗粒间的范德华力为此时颗粒间的范德华力为020002112ppgsvdwvdwUaBaFFZDZAZD1-11663642325.8vdwd YFK1-117颗粒变形后的接触面积颗粒变形后的接触面积a

13、为为2321.63vdwFDaK1-118Y Y接触颗粒中强度较弱的颗粒材料的屈服极限强度接触颗粒中强度较弱的颗粒材料的屈服极限强度K K接触颗粒的刚度系数。接触颗粒的刚度系数。65221212111vvKEE1-119E颗粒材料的杨氏弹性模量颗粒材料的杨氏弹性模量v 颗粒材料的泊松比颗粒材料的泊松比66232870vdwd YFK1-120颗粒变形后的接触面积颗粒变形后的接触面积a为为3vdwFaY1-121672323225.8870vdwd Yd YFKK1-122/1.10.58 ln()1.15vdwFE aYYaYD1-124颗粒变形后的接触面积颗粒变形后的接触面积a为为68232

14、3225.8870vdwd Yd YFKK1-122/1.10.58 ln()1.15vdwFE aYYaYD1-123颗粒变形后的接触面积颗粒变形后的接触面积a为为69根据根据Hertz理论，弹性变形所引起的反弹力理论，弹性变形所引起的反弹力Fe,rep为为3322,122 2()3e repDFK hh1-124上式近似为上式近似为1.51.5,3KaFe repD1-1257000220012()(1/)vdwvdwFADFZRR Z1-1267172731-12702012vdwAdFZ表面粗糙度直径表面粗糙度直径74dDFZRFFFFvdwvdwvdwvdwvdw /)/1 (020

15、0000DdZdFFvdwvdw2000)2/(1 (11-1281-1297524.5nm0.79 图中共有图中共有3 3组曲线！组曲线！100nm粗糙颗粒粗糙颗粒76表面粗糙度相互接触表面粗糙度相互接触D取两颗粒表面粗糙度的直径取两颗粒表面粗糙度的直径表面粗糙度仅与颗粒相接触表面粗糙度仅与颗粒相接触D取颗粒表面粗糙度尺寸取颗粒表面粗糙度尺寸d77来自吸附的贡献来自吸附的贡献CO2易吸附，所以效果明显。易吸附，所以效果明显。7879（1）接触点液桥）接触点液桥（2）接触点附近空隙有液体存在）接触点附近空隙有液体存在（3）所有空隙均充满液体）所有空隙均充满液体80ncnncrrTrTrF112

16、21-130当颗粒间形成液桥时，由于表面张力和毛细压差的作当颗粒间形成液桥时，由于表面张力和毛细压差的作用，颗粒间将有作用力存在，称为毛细力。用，颗粒间将有作用力存在，称为毛细力。颗粒间毛细力的计算公式为：颗粒间毛细力的计算公式为：表面张力表面张力81822)(64)1 (321)1 (4)1 (4drdrrddTFcccc1-131考虑几何关系：考虑几何关系：8311)(2ccccrddrdrdTFdrdTFcc221-1331-132当颗粒尺寸相等时，即当颗粒尺寸相等时，即=1，颗粒间的毛细力变为：，颗粒间的毛细力变为：当颗粒与平面接触时，即当颗粒与平面接触时，即，颗粒与平面的毛细，颗粒与

17、平面的毛细力变为：力变为：84Power function颗粒吸水后颗粒吸水后毛细力为主毛细力为主2-2=0.58620lim1 1/1xxxx(1-32)85颗粒间的静电力颗粒间的静电力 相互接触的颗粒有相对运动时，颗粒间将产生相互接触的颗粒有相对运动时，颗粒间将产生电荷转移。当相互接触的颗粒为导体时，由于它们电荷转移。当相互接触的颗粒为导体时，由于它们电子电动势的不同，电荷将从电动势低的颗粒转移电子电动势的不同，电荷将从电动势低的颗粒转移到电动势高的颗粒。由于电荷的转移，颗粒将带电。到电动势高的颗粒。由于电荷的转移，颗粒将带电。颗粒间便存在作用力，称为静电力。颗粒间便存在作用力，称为静电力

18、。表表1-16 一些操作单元颗粒带电强度的参考值一些操作单元颗粒带电强度的参考值86878889空气中颗粒的团聚与分散空气中颗粒的团聚与分散液体中颗粒的团聚与分散液体中颗粒的团聚与分散9091929394959697cossgsllg杨杨(Young)方程方程 9899100101102103104毛细管水毛细管水 capillary state重力水重力水 浸渍状态浸渍状态 immersed state吸附水吸附水 摆动状态摆动状态 Pendular state薄膜水薄膜水 链锁状态链锁状态 Funicular state105吸附水的形成，不一定是颗粒浸入水中，或在颗粒层中加吸附水的形成，不一定是颗粒浸入水中，或在颗粒层中加入液态水。即使干燥颗粒还会吸收