粉体力学课件：2 填充-4

1、2.3 2.3 填充填充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。2粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性3粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性Pk4粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性2.3.1 粉体密度粉体密度 单位堆积体积的粉体的质量，即为粉体的单位堆积体积的粉体的质量，即为粉体的堆堆积积/容积密度容积密度，也叫做视密度，粉体的质量也叫做视密度，粉体的质量M 除以粉体的堆积体积除以粉体的堆积体积VBBBMV2-1形状、尺寸、尺寸分布、堆积方式形状、尺寸、尺寸分布

2、、堆积方式5粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性松动堆积密度松动堆积密度 在重力作用下慢慢在重力作用下慢慢沉积后的堆积（自然堆积）；沉积后的堆积（自然堆积）；紧密堆积密度紧密堆积密度 通过机械振动所达通过机械振动所达到的最紧密堆积（强制堆积）。到的最紧密堆积（强制堆积）。真实密度真实密度,B A,B T2.3.1 粉体密度粉体密度 P6 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性100mL100mL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7粉体填充与堆积特性粉体填

3、充与堆积特性Example: Bulk density, b, of coal with 12 % moisture as a function of the consolidation stress, 12.3.1 粉体密度粉体密度 8粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性堆堆积积方方式式对对小小颗颗粒粒影影响响大大9 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性PVC比较特殊比较特殊10粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性颗粒体积占粉体堆积体积的比率颗粒体积占粉体堆积体积的比率=PBBPVV堆积

4、的颗粒体积堆积的颗粒体积粉体填充体积粉体填充体积11粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性2.3.3 粉体堆积的空隙率粉体堆积的空隙率除以粉体的堆积体积除以粉体的堆积体积VB11vBBPVV 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粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性2.3.3 粉体堆积的空隙率粉体堆积的空隙率13堆积空隙率堆

5、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。细颗粒粉粒体堆积密度很大程度上地取决于压缩应力的大小。有些粉粒体的 远大于0.9，在压缩(压片、压块)后可使 1mm)且球形度较好（如石英砂）的粉粒体空隙率通常为 =0.4例：石灰粉具有颗粒密度P2700kg/m3，在一定应力水平下堆积密度B1050kg/m3，空隙率 =0.61。粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性2.3.3 粉体堆积的空隙率粉体堆积的空隙率14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

6、体的堆积方式。细颗粒粉粒体堆积密度很大程度上地取决于压缩应力的大小。有些粉粒体的 远大于0.9，在压缩(压片、压块)后可使 1mm)且球形度较好（如石英砂）的粉粒体空隙率通常为 =0.4潮湿的粉粒体来说，应考虑压缩和膨胀时对堆积密度的改变。如潮湿的沙粒在踩踏情况下有可能表现出污泥的性质。粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性2.3.3 粉体堆积的空隙率粉体堆积的空隙率15粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性2.3.3 粉体堆积的空隙率粉体堆积的空隙率Simple setup for a compressibility test16粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性2.3.3 粉体堆积的空隙率粉

7、体堆积的空隙率Example: Bulk density, b, of coal with 12 % moisture as a function of the consolidation stress, 117粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性18 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性19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粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性20粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性2.3.4 颗粒的配位数颗粒的配位数粉体堆积中，与某一考

8、察颗粒相互接触的颗粉体堆积中，与某一考察颗粒相互接触的颗粒数。粒数。研究粉体堆积特性的一个重要指标。研究粉体堆积特性的一个重要指标。均一球形颗粒在平面上的排列作为基本层均一球形颗粒在平面上的排列作为基本层正方形排列层正方形排列层单斜方形单斜方形/六方系排列层六方系排列层21粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性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22粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性23粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性2425空间特征的计算结果空间特征的计算结果粉体填充与堆积特性粉体填充与堆

9、积特性配位配位数数26粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性实际填充结构实际填充结构填充时，受颗粒碰撞、回弹、颗粒间相互作填充时，受颗粒碰撞、回弹、颗粒间相互作用力及容器壁的影响不能规则填充。用力及容器壁的影响不能规则填充。Smith等人将等人将3.78mm的铅弹自然填入直径的铅弹自然填入直径80130mm的烧杯中，注入的烧杯中，注入20%醋酸水溶液醋酸水溶液后，十分小心地倒掉溶液。若保持原先填充后，十分小心地倒掉溶液。若保持原先填充状态，接触点上残留碱性醋酸铅的白色斑点。状态，接触点上残留碱性醋酸铅的白色斑点。从与容器不接触的铅弹中计数从与容器不接触的铅弹中计数9001600个球，个球，得到平

10、均空隙率配位数分布；平均空隙得到平均空隙率配位数分布；平均空隙率平均配位数的关系：率平均配位数的关系：27粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性实际填充结构实际填充结构28dP= 7.56mm，自然投入堆积，实验测量可以与表，自然投入堆积，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！ 21.0720.11930.0043nnkk2-529粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性Bernal & Mason测定与测定与所观察颗粒完全接触的所观察颗粒完全接触的颗粒，及比较近接触的颗粒，及比较近接触的颗粒，方法同颗粒，方法同Smith，钢，钢球直径球直径6

11、.35mm，10005000个填入容器，浸满个填入容器，浸满墨汁后取出，干燥后如墨汁后取出，干燥后如图示两类斑点。图示两类斑点。30粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性31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）。2.3.5 粉体的可压缩性粉体的可压缩性粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性332.3.5 粉体的可压缩性粉体的可压缩性当粉体在松动堆积状态受到压缩作用时，其当粉体在松动堆积状态受到压缩作用时，其堆积体积将减小。颗粒间的空隙亦相应地减堆积体积将减小。颗粒间的空隙亦相应地减小。粉体的可压缩性跟其堆积状态有关，用小。粉体的可压缩性跟其堆积状态有关

12、，用以表征粉体的可压缩性。定义如下：以表征粉体的可压缩性。定义如下：,100100 1B AB TB AB AB TVVCV2-8VB,AVB,T粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性342-9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 AHR粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性2.3.5 粉体的可压缩性粉体的可压缩性粉体紧密堆积密度和松动堆积密度之比，称为粉体粉体Hausner比值比值352.3.5 粉体的可压缩性粉体的可压缩性实验结果表明实验结果表明:较粗颗粒的较粗颗粒的HR值较小（值较小（1.4）极细颗粒具有较高的极细颗粒具有较高的HR值（值（2）根据根据图图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。粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性36粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性2-10,100100 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Hausner比值的关系为比值的关系为2-82-937粉体填充与堆积特性粉体填充与堆积特性粉体的可压缩性、团聚性和流动性与粉体的可压缩性