工程流体与粉体力学基础：第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性

1、第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.1 气态非均一系的分类 classification of nonidentity in gaseous 固体或液体微粒悬浮在气体介质中形成的气态分散系统称为气溶胶(aerosol)。 按照形成过程的不同，气态非均一系可分为： （1）机械分散系 (mechanical dispersion) （2）凝结分散系 (coagulative dispersion)1 （1）机械分散系 (mechanical dispersion) 1）固体经过机械作

2、用的破碎、研磨等分散作用形成粉粒状，再由气流的振荡、流动等作用而使之悬浮于气体中。这种气溶胶颗粒称为尘粒(Grit，d75m)、粉尘 (dust，1d75m )、和亚微粉尘(submicron dust， d 1m ）。 2）液体经机械雾化或喷淋而形成液滴分散悬浮在气体中。前者形成的颗粒称为液雾(mist，d10m)。2第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.1 气态非均一系的分类 classification of nonidentity in gaseous （2）凝结分散系(c

3、oagulative dispersion) 1）固体或液体经高温燃烧转化为气态，当温度下降或过饱和时又凝结成悬浮状的气溶胶。形成的颗粒称为烟(smoke, d1m)。 2）固体升华成气体，然后又凝结成颗粒，常呈小于1m的球粒或结晶状，称为炱(fume)。 3第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.1 气态非均一系的分类 classification of nonidentity in gaseous 颗粒的粒度是粉体诸物性中最重要的特性值。粒度(particle size)是颗粒在

4、空间范围所占大小的线性尺寸。粒度越小，颗粒的微细程度越大。 表面光滑的球形颗粒只有一个线性尺寸，即其直径。粒度就是直径，也叫粒径(particle size)。非球形颗粒或虽然大体上球形，但表面不光滑的颗粒，则可用球体、立方体或长方体的代表尺寸表示。其中，用球体的直径表示不规则颗粒的粒径应用得最普遍，称为当量直径或相当径(equivalent diameter)。 一般地将颗粒的平均大小称为粒度。习惯上可将粒径与粒度二词通用。 4第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.2 颗粒的粒度

5、 particle size 7.2.1 粒径的定义definition of particle diameter 按Heywood 规定，颗粒的宽度b是夹住颗粒投影像的相距最近的两平行线之间的距离。 与宽度垂直、能夹住颗粒投影像的两平行线之间的距离定义为颗粒的长度L 。(1) 三轴径(three dimensional diameter of axle) 将一颗粒放在每边与其相切的长方体中，长方体的三条互相垂直的边表示该颗粒在直角坐标中的大小，其长L、宽b和高h称为颗粒的三轴径。 5第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion a

6、nd gather of powder7.2 颗粒的粒度 particle size (2)投影径(projected diameter) 利用显微镜测量颗粒的粒径时，可观察到颗粒的投影。此时颗粒是以最大稳定度（重心最低）置于一个水平面上。如图7-1所示。 按其在该平面上投影的大小来定义粒径，在测量上较方便。6第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.2 颗粒的粒度 particle size 图7-17第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape

7、, dispersion and gather of powder7.2 颗粒的粒度 particle size 按颗粒投影定义的粒径有如下几种： (a) 二轴径(two dimensional diameter of axle)：颗粒投影的外接矩形的长和宽称为二轴径(two)。 (b) Feret径：与颗粒投影相切的两条平行线之间的距离称为Feret径。如图7-1(a) (c) Martin径：在一定方向上将颗粒投影面积分成两等份的直径称为Martin径。如图7-1(b)。8第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and g

8、ather of powder7.2 颗粒的粒度 particle size 按颗粒投影定义的粒径有如下几种： (d) 定方向最大直径（Krumbein径）：在一定方向上颗粒投影的最大长度。如图7-1(c)。 (e) 圆当量径（Heywood径）：与颗粒投影面积相等的圆的直径。如图7-1 (d)。 (f) 等周长圆当量径：与颗粒投影图形周长相等的圆的直径。 9第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.2 颗粒的粒度 particle size (a) 等表面积球相当径：与颗粒表面积相等

9、的球的直径。 (b) 等体积球相当径：与颗粒体积相等的球的直径。 (c) 等比表面积球相当径：与颗粒等比表面积的球的直径。 (d) 沉降速度相当径：在同一流体中，与颗粒沉降速度相同的球的直径，在层流区称为Stokes径或Newton径。 (3)球当量直径(spherical equivalent diameter) 球当量直径是与颗粒某种性质相当的球体直径。据当量性质的不同，有下列各种球当量直径。 (4)筛分径(screening diameter) 粗细筛孔的算术或几何平均值称为筛分径。 10第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispers

10、ion and gather of powder7.2 颗粒的粒度 particle size 7.2.2 粒径的物理意义physical meaning of particle diameter 同一种颗粒，由于采用不同的测量方法，得到的粒径值不尽相同。(1) Feret径、Martin径和圆当量径 图7-2给出了Feret径、Martin径和圆当量径的测量结果。 11第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.2 颗粒的粒度 particle size 图7-2由图可见，上述三种粒径

11、之间存在下面的关系： 12第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.2 颗粒的粒度 particle size (2) Caucy定理 Caucy定理指出：颗粒的外表面积S等于平均投影面积A的4倍： （7-1） 上式中的常数4为Caucy系数。由于放在平面上的颗粒总是处于稳定的位置上，颗粒的投影并非完全随机，所以Caucy系数的实测值大约是3.13.4。 13第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather

12、 of powder7.2 颗粒的粒度 particle size 7.3.1 粒度分布distribution of particle size 颗粒群(particle group)是指含有许多颗粒的粉体或分散体系中的分散相。若颗粒粒径相等或近似相等时，可用单一粒径表示其大小。这类颗粒称为单粒度或单分散的体系或颗粒群。实际颗粒大都由粒度不等的颗粒组成，这类颗粒称为多粒度体系。粒度分布，也叫粒径分布(size distribution) ，是指用简单的表格、绘图和函数形式表示颗粒群粒径的分布状态。 14第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, di

13、spersion and gather of powder7.3 颗粒形状与分布 shape and distribution of particle(1)频率分布(frequency distribution)和 累积分布(cumulative distribution) 颗粒粒径分布常表示成频率分布和累积分布的形式。 频率分布表示各个粒径相对应的颗粒的百分含量（微分型）； 累积分布表示小于（或大于）某粒径的颗粒占全部颗粒的百分含量与该粒径的关系（积分型）。 百分含量的基准可用颗粒的个数、体积、质量，也可用颗粒的长度和面积作为基准。 15第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geo

14、metrical shape, dispersion and gather of powder7.3 颗粒形状与分布 shape and distribution of particle(2)粒径分布的函数表示functional expression of size distribution a. 正态分布(normal distribution) 在自然现象或社会现象中，单个“随机事件”的出现具有偶然性，但就总体而言，却总具有必然性，即这类事件出现的频率总是有统计规律地在某一常数附近摆动。这种分布规律就是正态分布。标准正态分布是概率变量的平均值为零、标准偏差为1的分布。其概率密度函数为 (

15、7-2)16第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 颗粒形状与分布 shape and distribution of particle 当概率变量x的平均值用 ，标准偏差用表示时，得到概率密度的一般函数式 个数频率分布为 D50中位径（百分含量为50时对应的粒径） (7-3)(7-4)17第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 颗粒形状与分布 shape and

16、distribution of particle b. 对数正态分布(logarithmic normal distribution) 大多数情况的粉体和分散系，尤其是粉碎法制备的粉体、气溶胶中的灰尘颗粒和海滨砂粒等都近似符合对数正态分布。 将上式从0Dp积分，得到 (7-5)(7-6)18第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 颗粒形状与分布 shape and distribution of particle 若颗粒的粒径分布符合对数正态分布，可按下列公式计算颗粒的平均粒径和

17、比表面积。 1) 平均粒径的计算(calculation of mean particle size) 平均粒径的其它表示（长度、面积、体积、表面积等）法的计算公式，可参考有关教材选用。(7-8)19第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 颗粒形状与分布 shape and distribution of particle 2)比表面积计算(calculation of specific area) 比表面积可用面积平均径计算 式中 表面积形状系数； D3 面积平均径； 个数与质

18、量两种基准分布的相互变换：当粒径分布为对数正态分布时，有 (7-9)(7-10)20第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 颗粒形状与分布 shape and distribution of particle c. 罗辛-拉姆勒（Rosin-Rammler）分布 对数正态分布在解析法上是方便的，应用较广泛。但是对于粉碎性物料（如粉尘等），在对数正态分布图上作图所得的曲线（或结果），偏差却很大。因此，可以用罗辛-拉姆勒分布函数表示。(7-11)21第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的

19、分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 颗粒形状与分布 shape and distribution of particle7.3.2 颗粒形状 (size shape) 颗粒形状与颗粒群的物性之间存在着密切的关系，它对颗粒群的许多性质如粉体的比表面、流动性、磁性等，都有重要影响。(一) 形状因子(shape factor) 常采用某个量的数值来表征颗粒的形状，这些量统称为形状因子。各种不同意义和名称的形状因子都是无量纲量，其数值只与颗粒形状有关，能在一定程度上表征颗粒形状对于标准形状的偏离。22第七章 粉体颗粒

20、的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 颗粒形状与分布 shape and distribution of particle(1)形状系数(shape coefficient) 有一些形状因子反映着颗粒的体积、表面积乃至在一定方向上的投影面积与某种规定的粒度的相应幂次关系。这些幂次的比例关系常称为形状系数。 1)表面积形状系数 与某种粒度相联系的表面积形状系数。 （7-13）23第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and g

21、ather of powder7.3 颗粒形状与分布 shape and distribution of particle 2)体积形状系数 与某种粒度相联系的体积形状系数。 3)比表面积形状系数 设SV为单位体积颗粒的比表面积，则 式中 比表面积形状系数； dj某种规定的粒度。 （7-14）（7-15） 几种几何体的形状系数见表7-5。24第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 颗粒形状与分布 shape and distribution of particle (2)形状指数

22、(shape index) 形状指数与形状系数不同,它与具体物理现象无关，对颗粒外形本身，用各种数学式表达。 1) Wadell球形度 式中，一般地，球形度1，球形，球形度=1； AV与颗粒等体积的球的表面面积； AS颗粒的表面面积； dSV比表面积球当量径(7-16)25第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 颗粒形状与分布 shape and distribution of particle 有关物料的球形度测量值见表7-6。 名 称名 称钨 粉0.850煤 尘0.606糖0

23、.848水 泥0.570烟尘(圆形)0.820玻璃尘(有棱角)0.526钾 盐0.700软木颗粒0.505砂(圆形)0.700云母尘粒0.108可可粉0.606球形度球形度26第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.3 颗粒形状与分布 shape and distribution of particle 2) Krumbein球形度 式中一般地， Krumbein球形度40(540)筛 孔筛 网粒度分布形状参数光学显微镜0.25250通常是颗粒投影像的某种尺寸或某种相当尺寸放大投影器

24、，图像分析仪(与光学显微镜或电子显微镜相联)电子显微镜0.0015全息照相2500激光，光散射X光小角散射0.00220000.005-0.1颗粒对光的散射或消光颗粒对X光的散射激光粒度仪, 光子相干粒度仪粒度分布56第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape 重力沉降 2100 沉降效应：沉积量，悬浮液的浓度等随时间或位置的变化比重计、沉降天平,光透过式、X射线透过式粒度分布

25、离心沉降0.0110光透过式，X射线透过式粒度分布筛分法颗粒在电阻传感区引起的电阻变化电磁振动式、音波振动式粒度分布直方图气体透过床层中颗粒表面对气流的阻力,气体分子在颗粒表面的吸附气体透过粒度仪表面积,均粒度常压粘滞流250库尔特粒度仪粒度分布,个数计量常压滑动流0.052气体吸附10BET吸附仪表面积,均粒度57第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape (二)各种分析方法

26、简介( introduce of some analyzing methods) 1)筛分析法(sieve method) 粉体试样通过一系列不同筛孔的标准筛，将其分离成若干个粒级。分别称重，求得以质量百分数表示的粒度分布。适于约100mm至20m粒度测量。 注意，由于制造工艺的原因，出厂筛子的筛孔尺寸难以保证一致；在使用过程中，筛子也会因变形而失去筛孔尺寸的准确性，因此，筛子必须校准。应备用一种已知粒度分布的标准样品对筛子进行定期检查。 58第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.

27、4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape 筛分机(screen classifier)可分为电磁振动和音波振动两种类型。电磁振动筛分机用于较粗的颗粒(例如大于400目的颗粒)，音波振动式筛分机用于更细颗粒的筛分。筛分法虽然可以得到粒度分布的直方图，但因使用的筛数有限，其测量结果精度不高。目前，筛分法仅限于测量大颗粒的粒度分布。59第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey me

28、thods of particle size and shape 2)显微镜法(microscope method) 显微镜是唯一可以观察和测量单个颗粒的方法，因此它是测量粒度的最基本方法。 根据光学仪器的分辨距离，光学显微镜测量粒度的范围大致以0.3200m为宜；透射电子显微镜的测量范围为lnm5m；扫描电子显微镜的分辨能力比透射电子显微镜低，测量的最小粒度约为10nm。60第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of pa

29、rticle size and shape (3)光散射法和消光法 (astigmatic and absorbency methods) 光散射法(light screening method) 通过测量颗粒的散射光强度或偏振情况、散射光通量 或透过光的强度来确定粒度。 图7-12表示英国Malvern激光测粒仪的光路。 61第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape 它采用

30、He-Ne激光，利用衍射散射的角分布随粒径改变的原理来求颗粒群粒度分布。激光经过透镜组扩束成直径约8mm的平行光，穿射经过颗粒群产生衍射，在接收透镜(Fourier变换透镜)的后聚焦平面位置放置一多元电探测器。 62第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape 接收透镜有焦距不同的 6 组。对大颗粒范围，选用长焦距透镜。光电探测器由30个同心的半圆环以及中间的一个小孔组成，各环互

31、相绝缘。小孔的后面为另一个光电探测器。每个半圆环能将颗粒群在聚焦平面上的衍射图形在该环范围的光通量接收下来，讯号经模数转换后用计算机处理，给出颗粒群的粒度分布。消光法(light extinction method) 通过测量经颗粒群散射和吸收后光强度在入射方向上的衰减来确定粒度。63第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape 上两种测量法属于成像以外的光学法。其特点为非接触测

32、量，适于对气溶胶作在线测量。 光散射法和消光法粒度测量具有快速、通过光电转换易实现测量和数据处理自动化的优点。64第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape (4)电传感法库尔特计数器(Coulter counter) 电传感法是将被测颗粒分散在导电的电解质溶液中，在该导电液中放置一个开有小孔的隔板，并将两个电极分别放在小孔两侧的导电液中。在压差作用下，颗粒随导电液逐个地通过小

33、孔。每个颗粒通过小孔时产生的电阻变化表现为一个与颗粒体积或直径成正比的电压脉冲。 仪器对脉冲按其大小归档(颗粒体积)，进行计数，可以给出颗粒体积或粒度的个数分布。65第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape 这类仪器最早由英国库尔特(Coulter)公司生产，故称库尔特计数器, 也称库尔特粒度仪。 它可测量悬浮液中颗粒的大小和个数。当悬浮于电解质中的颗粒通过小孔时，可引起电导

34、率的变化，其变化峰值与颗粒的大小有关。 此法主要用于需要对颗粒计数的场合。该仪器适合粒度范围窄的样品，由于大颗粒会将小孔堵塞，所以不适合宽粒度样品的测量。其测量粒度的下限约为0.3m。 66第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape (5)气体吸附法absorbed gas method 气体吸附是测量和研究固体表面结构的重要方法之一。氮吸附BET法一般被认为是测量颗粒物质比表

35、面的标准方法。 用BET法测量颗粒的粒度，一般来说结果是不准确的，只能供参考。 此外，气体透过法还常用Blaine仪，其详细资料可参考有关文献。 67第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape 沉降法 precipitation analysis 光透过原理与沉降法相结合，产生一大类粒度仪，称为光透过沉降粒度仪。据光源不同，可细分为可见光(白光)、激光和X光等不同类型；按力场不

36、同又细分为重力场和离心力场两类。 一束光通过盛有悬浮液的测量容器时，一部分光被反射或吸收，仅有一部分光到达光电传感器，后者将光强转变成电信号。据LambertBeer公式，透过光强与悬浮液浓度或颗粒投影面积有关。颗粒在力场中沉降，可用斯托克斯定律计算其粒径大小，进而得到其累积粒度分布。 68第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape 1）重力场光透过沉降法 gravitatio

37、nal field penetrant precipitation method 该方法有很多种型号的产品，其测量范围为0.11000m。有的仪器是以可见光为光源，有的仪器则以X光为光源。 用可见光源，可测量各种材料的颗粒粒度。 粒度范围在0.11m之间光学定律不成立，所以，需用消光系数进行修正。X光源不需修正。 颗粒的沉降速度与颗粒和悬浮介质(例如水)的密度差有关，当密度差大时，其沉降速度快。如果密度差小，特别对于细颗粒，建议采用离心法。 69第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7

38、.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape 2) 离心光透过沉降法 centrifugal light penetrant precipitation method 在离心力场中，颗粒的沉降速度明显提高，该法适合测量纳米级颗粒。典型的粒度仪可测量0.00730m的颗粒，若与重力场沉降相结合，则可将测量上限提高到1000m。 与重力场光透过沉降法一样，该法可以采用可见光，也可采用X光，其优缺点如上所述。 70第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and ga

39、ther of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape 7.4.2 颗粒形状的测量survey method of particle shape 测量颗粒形状的唯一方法是图像分析仪。 常见的图像分析仪是由光学显微镜、图像板、摄像机和微机组成,其测量范围为1100m 。71第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle siz

40、e and shape 用摄像机得到的图像，是具有一定灰度值的图像，需要按一定的阈值转变成二值图像。功能强的图像分析仪应具有自动判断阈值的功能。颗粒的二值图像经补洞运算、去噪音运算和自动分割等处理，将相互连接的颗粒分割为单颗粒。通过上述处理后，再将每个颗粒单独提取出来，逐个测量其面积、周长、及各形状参数。由面积、周长可得到相应的粒径，进而可得到粒度分布。 图像分析法是测量粒度的方法，也是测量形状的方法。优点是具有可视性，可信程度高。 72第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗

41、粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape 7.4.3 测量方法的选择selection of survey method 对于同一种样品，用不同的方法，测量的结果也不同，有时相差很大甚至有数量级的差别。因此，对某一类要测量的样品选择方法时，往往要先用几种方法进行测量对比。选择时应考虑如下几点：73第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle si

42、ze and shape (1)应根据数据的应用场合来选择。 如，对于制造过滤板的粉末，为了计算流体通过过滤板的压力降，显然应选用透过法测量粉末的比表面积。但若为研究过滤板的过滤性能，则往往需测量其粒度分布。 (2)对于给定的粉体样品，首先要估计其粒度范围。若样品不在其范围内，得不到正确的结果。74第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape (3)根据被测颗粒本身存在形式的特点

43、，例如取样的难易程度、分散的难易程度以及可取得的样品量等来考虑相应适宜的方法。如正在结晶长大或因溶解正在减少的颗粒，常要求快速、实时、在线测量，此时常用光散射法、消光法及全息照相法。 (4)要求的准确度和精密度，常规测试还是非常规测试，仪器价格等。 75第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape 选择粒度仪的方法可归纳为： 若需测个数，可选用库尔特计数器。 若需测形状，可选用图

44、像分析仪。 若需测雾滴，可选用激光法。 若需测粒度，可选沉降法，也可选激光法。 76第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.4 颗粒粒度和形状的测量方法survey methods of particle size and shape 粉体状态主要有两种：堆积态及悬浮态。常见的工业悬浮态粉体大致有四种类型：固相颗粒在气相中悬浮；固相颗粒在液相中悬浮；液相颗粒在另一种液体(不互溶液体)中悬浮及液相颗粒在气相中悬浮。77第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrica

45、l shape, dispersion and gather of powder7.5 粉体颗粒的分散 dispersion of powder particle7.5.1 颗粒悬浮体分散的重要性importance of suspending particle dispersing 例如，颜料颗粒在液相(油相或水相)中的分散是涂料制备的基本要求；膨润土颗粒在钻井液（油基或水基）中的分散；微细矿粒的分选，则要求其首先在矿浆中充分分散；分级的精确及高效与否，首先要靠粉体的充分分散。78第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion an

46、d gather of powder7.5 粉体颗粒的分散 dispersion of powder particle 固体颗粒在空气中的分散，对于悬浮态粉体及堆积态粉体非常重要。只有保证分散，才能保证输运粉体物料通畅；只有在充分分散状态下，才能实现微细粉体的干法分级。 另外，在粉体测试中，若粉体试料没有充分分散，即使用很精密的仪器，也难以得到精确的测量结果。79第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉体颗粒的分散 dispersion of powder particle(一

47、)固相颗粒在空气中的分散 dispersing of solid particle in air 微细颗粒，尤其是微米级或亚微米级颗粒，在空气中特别容易粘结成团，给微粉加工不利。 (1)分子作用力是颗粒粘结的根本原因 众所周知，分子之间总存在着范德华力。这种力是吸引力，其大小与分子间距的7次方成反比，作用距离极短(约1nm)，是典型的短程力。80第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉体颗粒的分散 dispersion of powder particle 对于半径分别为R1和

48、R2的两个球体，分子作用力可按下式计算： 对于球与平板，则有 式中 h间距，nm； A哈马克(Hamaker)常数，J 哈马克常数是物质的一种特征常数。不同物质，其哈马克常数不相同。(7-28)(7-29)81第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉体颗粒的分散 dispersion of powder particle(2)空气中颗粒粘结的其它原因other reasons for particle cementation in air 1)颗粒间的静电作用力 electro

49、static acting force during particles 大多数颗粒在干空气中是自然带电的。带电的途径有三个：一是颗粒在其生产过程中带电，如电解法或喷雾法，可使颗粒带电；二是颗粒与带电表面接触带电。三是气态离子的扩散作用使颗粒带电。82第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉体颗粒的分散 dispersion of powder particle 静电吸引力的产生主要由两种作用而引起： a.接触电位差引起的静电引力electrostatic acting for

50、ce resulted from contact potential difference 颗粒与其它物体接触时，颗粒表面电荷会等量地吸引对方的异号电荷，使物体表面出现剩余电荷，从而产生接触电位差，接触电位差引起静电引力。 b.由镜象力产生的静电引力electrostatic acting force resulted from image force 镜象力实际上是一种电荷感应力。其大小可以计算出。一般情况下，颗粒与物体间的镜象力可以忽略不计。 83第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powd

51、er7.5 粉体颗粒的分散 dispersion of powder particle 2)颗粒在湿空气中的粘结 particle cementation in wet air 当空气的相对湿度超过65%时，水蒸气开始在颗粒表面及颗粒间凝集，颗粒之间因形成液桥而大大增强了粘结力。液桥粘结力主要是由毛细压力及表面张力（在液桥曲面产生）作用引起的附着力组成，其大小可以计算。84第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉体颗粒的分散 dispersion of powder parti

52、cle 液桥粘结力比分子作用力约大12个数量级。因此，在湿空气中，颗粒间的粘结主要原因是液桥力。 完全润湿的颗粒之间的液桥力最大。 3)颗粒表面润湿性的调整作用 regulation of wet surface 改变颗粒表面润湿性可显著地影响颗粒间的粘着力。85第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉体颗粒的分散 dispersion of powder particle(3)颗粒在空气中的分散方法dispersion method of particle in air 1)

53、机械分散mechanical dispersion 机械分散是指用机械力把颗粒聚团打散。机械分散的必要条件是机械力(通常是指流体的剪切力及压差力)应大于颗粒之间的粘着力。通常，机械力是由高速旋转的叶轮或高速气流的喷射以及冲击作用所引起的流体强湍流运动造成的。 机械分散较易实现，它是一种强制性分散。互相粘结的颗粒尽管可以在分散器中被打散，但是它们之间的作用力还存在，因此，排出分散器后还会有可能重新粘结聚团。机械分散也存在一些问题，如脆性颗粒有可能被粉碎、机械设备磨损后分散效果下降等。86第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion a

54、nd gather of powder7.5 粉体颗粒的分散 dispersion of powder particle 2)干燥处理drying process 潮湿空气中颗粒之间形成的液桥是颗粒聚团的主要原因。液桥力往往是分子力的十倍或者几十倍，因此，杜绝液桥的产生或破坏已经形成的液桥是保证颗粒分散的重要措施之一。 3)颗粒表面处理surface treatment of particle 颗粒表面经处理后，会有一层薄膜，它可有效地抑制液桥的产生；同时也可降低颗粒间的分子作用力。87第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion

55、and gather of powder7.5 粉体颗粒的分散 dispersion of powder particle 4)静电分散electrostatic dispersion 对于同质颗粒，由于表面带电相同，静电力会起排斥作用。可以利用静电力来进行颗粒分散。关键是如何使颗粒群充分带电。采用接触带电，感应带电等方式可使颗粒带电，但最有效法是电晕带电。使连续供给的颗粒群通过电晕放电形成的离子电帘，使颗粒带电。 88第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉体颗粒的分散 di

56、spersion of powder particle7.5.2 固相颗粒在液体中的分散dispersing of solid particle in liquid 固相颗粒在液体中的分散过程，本质上依赖于两种基本作用：即固体颗粒与液体的作用浸湿；在液体中固体颗粒之间的相互作用。(1)固体颗粒的浸湿wetting of solid particle 固体颗粒被液体浸湿的过程主要源于颗粒表面的润湿性(对该液体)。润湿性通常用润湿接触角来度量。一般地，接触角越小，润湿性越好；完全润湿时，接触角为零。对于密度大于液体密度的，又可被液体完全润湿的固体颗粒，其进入液体(即被液体完全浸湿)没有障碍。89第

57、七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉体颗粒的分散 dispersion of powder particle 对于部分润湿，即接触角小于90的颗粒，欲进入液相将受到气液界面张力的反抗作用。 在紊流场中，颗粒最大漂浮粒度有显著降低。固体颗粒被液体浸湿过程，实际上是液体与气体争夺固体表面的过程。主要取决于固体表面及液体的极性差异。如果固体及液体都是极性的，液体很易取代气体而浸湿固体表面；如果两者都是非极性的，情况也如此；一旦两者极性不同，如固体是极性，液体是非极性的，则固体颗粒的

58、浸湿过程就不能自发进行，常需要对颗粒表面改性或施加外力来达到目的。 90第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉体颗粒的分散 dispersion of powder particle 固体颗粒的浸湿规律: wetting rule of solid particle 1)具有完全润湿性的颗粒，它们没有接触角，极易被液体浸湿； 2)不完全润湿颗粒(接触角0)，它们能否被液体浸湿，主要取决于颗粒的密度及粒度。密度及粒度足够大，颗粒将被浸湿而进入液体中； 3)流体动力学条件对颗粒的

59、浸湿有重要作用，提高液体湍流强度可降低颗粒的浸湿粒度。 91第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉体颗粒的分散 dispersion of powder particle(2)固体颗粒在液体中的聚集状态aggregation status of solid particle in liquid 固体颗粒被浸湿后，在液体中的聚集状态大致有两种：形成聚团或者分散悬浮。 颗粒在液体中的聚集状态取决于：颗粒间的相互作用；颗粒所处的流体动力学状态及物理场。 1) 颗粒间的相互作用力 液

60、体中颗粒间的作用力远比在空气中复杂，除了分子作用力外，还有双电层静电力、结构力及因吸附高分子而产生的空间效应力。92第七章 粉体颗粒的几何形态与粒群的分散和聚集特性geometrical shape, dispersion and gather of powder7.5 粉体颗粒的分散 dispersion of powder particle a.分子作用力molecular acting force 当颗粒在液体中时，必须考虑液体分子同组成颗粒的分子群的作用以及此种作用对颗粒间分子作用力的影响。 对于同质颗粒，它们在液体中的分子作用力恒为吸引力，但它们的值比在真空中要小，一般大约小4倍。