颗粒速度和阻力移液管粒度分析法ppt课件

1、33226642gpppbpDuFCDFDgFDg 重力重力Fg 浮力浮力Fb 曳力曳力FDFg Fb FD gbDdumFFFd36ppmD3322()6642ppppdpDDduugCDdt 重力重力Fg 浮力浮力Fb 曳力曳力FDFg Fb FD 4()3pptdg DuC3322()6642ppppdpDDduugCDdt 当颗粒运动加速度当颗粒运动加速度 时，其临界时，其临界沉降速度沉降速度ut，即为颗粒的沉降速度，即为颗粒的沉降速度:0ut dd1-591-592()43ppdtg DCu1-601-602ptD u2Ret322()3R43e4ptpdACgDr 1 62 64球

2、形颗粒的阻力系数球形颗粒的阻力系数Cd,s与颗粒雷诺数与颗粒雷诺数Re的数据的数据ReCd,sReCd,sReCd,s0.01240057.0320000.4210.021204104.2650000.3870.05484202.71100000.4050.1244501.57200000.4420.21241001.09500000.4740.551.52000.771050.5127.15000.55551050.376214.7610000.4711060.1110-4 Re0.252 Re500500 Re10002400Stokes regionAllen regionNewton

3、region？2200000？2 24RedpC 1.741PptgDu Re2p2Re500p500Re200000p Re10dpC 0.44dC 1/3224 225PtpguD 2 18PptgDu 1-511-511-521-521-531-531-601-601-611-614()3pptdg DuC 1-591-59全区的计算公式有全区的计算公式有或或4.80.63 RedpC244+0.4ReRedppC 1-541-541-551-5522gpbDuFCFgVFgVS迎风重力重力Fg 浮力浮力Fb 曳力曳力FDFg Fb FD DgbFFF2=()2dpuCSgV迎风重力重力

4、Fg 浮力浮力Fb 曳力曳力FDFg Fb FD 2=()2dpuCSgV迎风326=4VVDVSD迎风2()43pVdtgDCu1-671-672,18 ttVt SPVVuuKugd1-451-450.83VK1-461-46重力重力Fg 浮力浮力Fb 曳力曳力FDFg Fb FD 2()43pVdtgDCu1-671-672,18 ttVt SPVVuuKugd1-451-450.83VK1-461-4683. 0,Re24 sdVsdtVdCKCKC 1-681-6883. 0,Re24 sdVsdtVdCKCKC tsddCCRe24,83. 0 1-681-681-691-69td

5、CRe2483. 0 1-691-69湍流区非球形颗粒的湍流区非球形颗粒的Stokes外形系数外形系数Ktu()1.741ttuPVuKgd湍流区非球形颗粒的阻力系数湍流区非球形颗粒的阻力系数1.741PptgDu1-611-612,18 ttVt SPVVuuKugd1-451-45Vd, t Su1-711-710.65tuK154tuK柱状颗粒柱状颗粒片状颗粒片状颗粒0.65tuK154tuK1-721-721-731-73,22142dd tuVtFCdu2,18 ttVt SPVVuuKugd1-451-451.741()ttuVPuKgd 1-711-711-661-662,222

6、2,0.441()42t sd studttutuVVt s VuCFuKKdu1-741-74,d trd ld tuFFF1-751-75过渡区非球形颗粒的阻力系数过渡区非球形颗粒的阻力系数2222,124142Re 42d ldVtVtVtFCduduK2222,210.4414242d tud tuVtVttuFCduduK22,142d trd trVtFCdu1-761-771-781-681-681-741-74,d trd ld tuFFF1-751-752222,124142Re 42d ldVtVtVtFCduduK2222,210.4414242d tud tuVtVtt

7、uFCduduK22,142d trd trVtFCdu,d trd ld tuFFF2220.44142VttuduK22,142d trVtCdu22241Re 42VtVtduK+1-79,2240.44Red trVttuCKK2,2240.44Red trtuVttuCKKK1-79式式(1-79)可写为可写为,2240.44Red trVttuCKK1-802,2240.44Red trtuVttuCKKK由于在自在沉降时有由于在自在沉降时有3,()6d trPVFgd22180.33ReVPVtttugdKuK1-81把式把式(1-76)、式、式(1-77)和式和式(1-81)带

8、入式带入式(1-75)整理得整理得1-82非球形颗粒的自在沉降速度非球形颗粒的自在沉降速度22180.33ReRetVttuArKK式式(1-82)可写为可写为1-83式式(1-83)是是Ret的二次方程，它的解是的二次方程，它的解是222Re27.3( 1 0.0041)VtVtutuKKArKK1-8422227.3( 10.0041)tuVtVVtuKKuArdKK1-85从方程式从方程式(1-84)可得颗粒的自在沉降速度可得颗粒的自在沉降速度注：此式是颗粒自在沉降速度的普通解，适用于计算注：此式是颗粒自在沉降速度的普通解，适用于计算球形和非球形颗粒在层流区、过渡区和湍流区的自在球形和非

9、球形颗粒在层流区、过渡区和湍流区的自在沉降速度。沉降速度。22227.3( 10.0041)tuVtVVtuKKuArdKK1-85222127.30.0042tuVtVVtuKKuArdKK1-86在层流区内的小颗粒有在层流区内的小颗粒有Ar1，式，式(1-85)可以近似为可以近似为f(x)=(1+x)-1f(x)=(1+x)-1f(x)=x/2把颗粒的阿基米德数式把颗粒的阿基米德数式(1-64)带入上式得到带入上式得到2()18PfVtVgduK1-87对于在湍流区内的大颗粒有对于在湍流区内的大颗粒有Ar1，式，式(1-85)近似为近似为22227.3( 0.004)tuVtVVtuKKu

10、ArdKK1-88得到非球形颗粒的得到非球形颗粒的Stokes公式公式把颗粒的阿基米德数式把颗粒的阿基米德数式(1-64)带入上式即可得到湍流区带入上式即可得到湍流区非球形颗粒的非球形颗粒的Newton公式公式()1.741PVttugduK1-89根据根据Stokes定律，当颗粒的真密度和流体定律，当颗粒的真密度和流体的密度与粘度确定后，不同直径的球形颗的密度与粘度确定后，不同直径的球形颗粒与其沉降速度是一一对应的。粒与其沉降速度是一一对应的。18()mppuDg假设颗粒在假设颗粒在t时间内，沉降的间隔为时间内，沉降的间隔为H，那么相应的颗粒直径，那么相应的颗粒直径为：为：18()ppHHD

11、Kg tt2 18sgpmgDuKt即为移液管粒度分析法中，抽取各粒级颗粒所需即为移液管粒度分析法中，抽取各粒级颗粒所需对应的抽取时间。需求留意沉降间隔对应的抽取时间。需求留意沉降间隔H随着沉降液随着沉降液的抽取而减小。的抽取而减小。2pHtKDpHDKt颗粒在移液管中沉降根本原理表示图颗粒在移液管中沉降根本原理表示图HH0H1H2H3t = 0C = C0 (a)t = t1C = C1 (b)t = t2C = C2 (c)t = t3C = C3 (d)d1d2d3d4 当当t=0时，沉降管内各处颗粒浓度是相等的，距液面深度为时，沉降管内各处颗粒浓度是相等的，距液面深度为H0处处的悬浊液

12、浓度为的悬浊液浓度为C0；当当t=t1时，沉降速度为时，沉降速度为(H1/t1)的颗粒粒径为的颗粒粒径为d1)，全部经过，全部经过H1处的液面，而在处的液面，而在H1处的液面上，只需沉降速度处的液面上，只需沉降速度 (H1/t1) 的颗粒的颗粒 (即粒径即粒径 d1)，此时，距液面深度为，此时，距液面深度为H1处的悬浊液浓度为处的悬浊液浓度为C1；(c) 当当t=t2时，沉降速度为时，沉降速度为(H2/t2)的颗粒粒径为的颗粒粒径为d2)，全部经过，全部经过H2处的液面，而在处的液面，而在H2处的液面上，只需沉降速度处的液面上，只需沉降速度 (H2/t2) 的颗粒的颗粒 (即粒径即粒径 d2)

13、，此时，距液面深度为，此时，距液面深度为H2处的悬浊液浓度为处的悬浊液浓度为C2；(d) 当当t=t3时，沉降速度为时，沉降速度为(H3/t3)的颗粒粒径为的颗粒粒径为d3)，全部经过，全部经过H3处的液面，而在处的液面，而在H3处的液面上，只需沉降速度处的液面上，只需沉降速度 (H3/t3) 的颗粒的颗粒 (即粒径即粒径 d3)，此时，距液面深度为，此时，距液面深度为H3处的悬浊液浓度为处的悬浊液浓度为C3； 同理，当同理，当t=ti时，沉降速度为时，沉降速度为(Hi/ti)的颗粒粒径为的颗粒粒径为di)，全部经，全部经过过Hi处的液面，而在处的液面，而在Hi处的液面上，只需沉降速度处的液面

14、上，只需沉降速度 (Hi/ti) 的颗的颗粒粒 (即粒径即粒径 di)，此时，距液面深度为，此时，距液面深度为Hi处的悬浊液浓度为处的悬浊液浓度为Ci。 根据粒度分布关于筛下累积百分数概念，可以得出粒径小于根据粒度分布关于筛下累积百分数概念，可以得出粒径小于di 的颗粒，其累积百分数的颗粒，其累积百分数Ui：%1000CCUii 沉降管为不断径沉降管为不断径 5cm，容积为，容积为500ml的磨口玻璃管瓶。从下部基线至的磨口玻璃管瓶。从下部基线至上部液面标线，刻有上部液面标线，刻有20cm刻度线，以刻度线，以便每次抽吸悬浊液后能读出液面下降便每次抽吸悬浊液后能读出液面下降高度，基线至瓶底不少于

15、高度，基线至瓶底不少于 5cm，吸液，吸液管内径为管内径为 1mm，上方有供吸液和排液，上方有供吸液和排液用的三通旋塞，以及容积用的三通旋塞，以及容积 10ml的吸量的吸量管球。管球。1 1移液管沉降安装移液管沉降安装 1 1 套套20100吸量管球吸量管球称量瓶称量瓶三通旋塞三通旋塞沉降瓶沉降瓶20 cm标线标线基线基线吸液管吸液管2 2装抽取试样液的装抽取试样液的30ml30ml称量瓶带编号称量瓶带编号1010个；个；3 3抽吸液用的抽吸液用的50ml50ml注射器，用橡胶软管与吸量管球上口衔接；注射器，用橡胶软管与吸量管球上口衔接；4 4超声波分散器，用于细颗粒在液体中的分散；超声波分散

16、器，用于细颗粒在液体中的分散；5 5其它器件：其它器件： 干干 燥：电热枯燥箱，枯燥器；精细天平：感量燥：电热枯燥箱，枯燥器；精细天平：感量1mg1mg； 量量 筒：筒：1000ml1000ml、100ml100ml，各，各1 1个；个； 漏漏 斗：直径约斗：直径约100mm100mm，1 1个；吸量管球：个；吸量管球：10ml10ml，1 1只；只； 烧烧 杯：杯：30ml30ml，1 1个；试剂瓶、洗净瓶：各个；试剂瓶、洗净瓶：各1 1个；个； 温度计：温度计：0.10.1刻度，刻度，1 1只；秒只；秒 表：表：1 1块；玻璃棒：块；玻璃棒：1 1根。根。 采用移液管法测定粉体粒度分布，虽

17、然操作简单，但要精度高、采用移液管法测定粉体粒度分布，虽然操作简单，但要精度高、再现性好的效果，必需仔细操作、熟习要领。再现性好的效果，必需仔细操作、熟习要领。 1. 1. 试样的处置试样的处置 将待测粉体试样在将待测粉体试样在105105110110的枯燥箱内烘干的枯燥箱内烘干1 1小时，置于枯燥小时，置于枯燥器内冷却，待丈量。器内冷却，待丈量。 2. 2. 移液管安装的检定测定数据记录于表移液管安装的检定测定数据记录于表1 1 (1) (1)沉降管有效容积沉降管有效容积 V V 的检定：的检定： 加水至沉降管标线附近略少，用温度计测定水温并记录；加水至沉降管标线附近略少，用温度计测定水温并

18、记录； 插入吸液管，并使三通旋塞置于吸液形状，调理水量使水面准插入吸液管，并使三通旋塞置于吸液形状，调理水量使水面准确到确到20cm20cm标线；标线； 取出吸液管，将沉降管中的水移至取出吸液管，将沉降管中的水移至1000ml1000ml量筒中，测定体积量筒中，测定体积 V V，反复三次取其平均值。，反复三次取其平均值。 (2) (2)吸量管球容积吸量管球容积 Q Q 的标定的标定10ml)10ml)： 加水至沉降管标线附近；加水至沉降管标线附近； 插入吸液管，使三通旋塞置于吸液形状，使吸入的水，准确上插入吸液管，使三通旋塞置于吸液形状，使吸入的水，准确上升至吸量管球上部刻度线，立刻封锁三通旋

19、塞；升至吸量管球上部刻度线，立刻封锁三通旋塞； 使三通旋塞处于排出位置，用预先称量过的称量瓶，盛取排出使三通旋塞处于排出位置，用预先称量过的称量瓶，盛取排出的水，用精细天平称量；的水，用精细天平称量； 上述操作反复三次取其平均值，得出吸出水的质量上述操作反复三次取其平均值，得出吸出水的质量 。当水。当水温为温为tt时，其密度为时，其密度为 ，那么吸量管球吸水体积为，那么吸量管球吸水体积为 。 (3) (3)吸液一次液面下降高度吸液一次液面下降高度 h cm h cm 的标定：的标定： 加水至沉降管标线附近；加水至沉降管标线附近； 插入吸液管，使三通旋塞置于吸液形状，调理水量使水面准确插入吸液管

20、，使三通旋塞置于吸液形状，调理水量使水面准确到到20cm20cm标线；标线； 用吸液管延续用吸液管延续 n n 次抽吸、排液，相应液面下降总高度为次抽吸、排液，相应液面下降总高度为 H0 H0 cmcm，那么每次吸液后，液面下降高度，那么每次吸液后，液面下降高度 反复三次取其平均值。反复三次取其平均值。水m水水水mQ nLh 3. 3. 试样悬浊液的制备测定数据记录于表试样悬浊液的制备测定数据记录于表2 2 (1) (1)试样称量试样称量 M M克：克： 悬浊液试样浓度为悬浊液试样浓度为 1 wt% 1 wt%左右，左右，V=500mlV=500ml时，时，M M取取 5 5克左右准确克左右准

21、确到到0.1mg0.1mg，用预先枯燥并称量过的称量瓶，称取置于枯燥器内的试样。，用预先枯燥并称量过的称量瓶，称取置于枯燥器内的试样。 (2) (2)分散介质与分散剂的选择及分散剂配制：分散介质与分散剂的选择及分散剂配制： 采用沉降法测定粒度分布时，须使颗粒充分分散于液体中。无机粉体采用沉降法测定粒度分布时，须使颗粒充分分散于液体中。无机粉体资料多采用水为分散介质，同时参与分散剂，以减小颗粒间聚会。与水配资料多采用水为分散介质，同时参与分散剂，以减小颗粒间聚会。与水配合运用较多的分散剂为六偏磷酸钠。合运用较多的分散剂为六偏磷酸钠。 (3) (3)分散介质的配制及分散剂浓度的检定：分散介质的配制

22、及分散剂浓度的检定： 用六偏磷酸钠的水溶液作为分散介质时，配制成分散剂浓度约为用六偏磷酸钠的水溶液作为分散介质时，配制成分散剂浓度约为0.2 wt% 0.2 wt% 的溶液为宜。的溶液为宜。 用吸液管抽取用吸液管抽取10ml10ml配制好的含有分散剂的分散液体，置于称量瓶中，配制好的含有分散剂的分散液体，置于称量瓶中，蒸发干涸称重，得出蒸发干涸称重，得出10ml10ml液体中含分散剂量，即吸液管一次抽吸液体中所液体中含分散剂量，即吸液管一次抽吸液体中所含分散剂的质量含分散剂的质量 。dm (4) (4)悬浊液的制备及装入方法：悬浊液的制备及装入方法： 取约取约5ml5ml上述制备好的分散介质，

23、悄然注入已称量有粉体试样的称量上述制备好的分散介质，悄然注入已称量有粉体试样的称量瓶中，充分润湿，必要时，用玻璃棒搅拌均匀。将称量瓶内的试样小心移瓶中，充分润湿，必要时，用玻璃棒搅拌均匀。将称量瓶内的试样小心移至烧杯中，并用装有分散液的洗净瓶冲洗称量瓶及玻璃棒，再参与适量分至烧杯中，并用装有分散液的洗净瓶冲洗称量瓶及玻璃棒，再参与适量分散介质液体。用超声波分散器分散散介质液体。用超声波分散器分散2 25 5分钟，使试样完全分散。分钟，使试样完全分散。 将烧杯中的悬浊液用漏斗移至沉降管中，附着于杯内和漏斗内的颗粒将烧杯中的悬浊液用漏斗移至沉降管中，附着于杯内和漏斗内的颗粒须用洗净瓶全部冲洗到沉降

24、管中。须用洗净瓶全部冲洗到沉降管中。 将吸液管插入沉降管中，使三通旋塞成抽吸形状，并用注射器注入分将吸液管插入沉降管中，使三通旋塞成抽吸形状，并用注射器注入分散介质液体，调理液面至标线因液面调理只能一方向进展，因此，在逼散介质液体，调理液面至标线因液面调理只能一方向进展，因此，在逼近标线时须格外仔细。近标线时须格外仔细。 此时，悬浊液的浓度，即初始浓度为：此时，悬浊液的浓度，即初始浓度为：VMC 0 4. 4. 测定测定数据记录于表测定测定数据记录于表3 3 (1) (1)一手持沉降管底，另一手执其上部，并以手指堵住通气孔，将沉降一手持沉降管底，另一手执其上部，并以手指堵住通气孔，将沉降管作上

25、下振荡，并时而倾倒振荡，继续管作上下振荡，并时而倾倒振荡，继续2 23 3分钟。振荡终了时，迅速反复分钟。振荡终了时，迅速反复倾倒。然后置于平台上，按下秒表，作为沉降开场时辰倾倒。然后置于平台上，按下秒表，作为沉降开场时辰t=0t=0。 (2) (2)确定抽吸时间确定抽吸时间 及抽吸悬浊液：及抽吸悬浊液： 其中，其中， 直径为直径为 颗粒的沉降高度，颗粒的沉降高度， - -直径为直径为 颗粒沉降颗粒沉降 高度所需用时间。高度所需用时间。 每到所确定的时间每到所确定的时间 后，使三通旋塞成抽吸形状，用注射器延续以后，使三通旋塞成抽吸形状，用注射器延续以均匀速度抽吸到吸量管球上部刻度线，封锁三通旋

26、塞。抽吸均匀速度抽吸到吸量管球上部刻度线，封锁三通旋塞。抽吸10ml10ml所需时间所需时间约为约为10101515秒是宜。秒是宜。it2iiidHKtgKp)(18iHhiHHi) 1(0ididiHitit (3) (3)将每次抽吸的悬浊液分别排到有编号的称量瓶中。为洗净残留在吸将每次抽吸的悬浊液分别排到有编号的称量瓶中。为洗净残留在吸量管球及排水管中的颗粒，可以从三通旋塞排出口逆向吸入少量蒸馏水洗量管球及排水管中的颗粒，可以从三通旋塞排出口逆向吸入少量蒸馏水洗净，洗净液排入同样编号的称量瓶中。净，洗净液排入同样编号的称量瓶中。 (4) (4)试样的枯燥和称量试样的枯燥和称量 将分别取出的

27、样液置于枯燥箱内，烘干将分别取出的样液置于枯燥箱内，烘干 110110，然后再置于枯，然后再置于枯燥器内，冷却至常温。燥器内，冷却至常温。 分别准确称量称量瓶的质量分别准确称量称量瓶的质量 。那么每次抽吸的悬浊液枯燥后的粉。那么每次抽吸的悬浊液枯燥后的粉体试样质量为体试样质量为 ： - -试样烘干后称量瓶质量；试样烘干后称量瓶质量； - -称量瓶空瓶质量；称量瓶空瓶质量； - -每次抽吸悬浊液每次抽吸悬浊液 Q ml Q ml 中含分散剂质量。中含分散剂质量。iPim)(0diiimmPmiPim0dm 表表1 1 吸液管检定吸液管检定沉降管有效沉降管有效容积容积 （V V）吸量管球容积（吸量管球容积（Q）吸液一次液面吸液一次液面下降值（下降值（h）测定值测定值 (ml) 平均平均 (ml)(称量瓶称量瓶)(水水) (g)(称量瓶称量瓶) (g)差值差值 (g)n 次 抽 吸次 抽 吸后液面下后液面下降高度降高度 L(cm)平均平均L(cm)V=_(ml) 水温水温_ 水的密度水的密度 平均平