粉体力学全册配套完整课件4

粉体力学全册配套完整课件42024/9/81

课程简介授课对象：过程装备与控制工程、安全工程

课程性质：必修课课程学时：32h+实验10h考核方式：

过程考核（考勤、小测验、研讨题、小论文等）：20%

实验考核：10%张大/p>

课后作业：10%考试：60%

课程简介参考教材：谢洪勇，刘志军编著.粉体力学与工程（第二版），化学工业出版社，2007R.L.BrownandJ.C.Richards.Principlesofpowdermechanics.PergamonPress,1970DuranJacques.Sands,powdersandgrains:anintroductiontothephysicsofgranularmaterials,SpringerPress,2000DietmarSchulze.PowdersandBulkSolids：Behavior,Characterization,StorageandFlow.SpringerPress,2007主讲教师刘凤霞

电话：84986479

284840275@2024/9/84上课地点和时间：1-8周

综合教学2号楼A403课后答疑：

时间：周三下午13:30-15:30

地点：化工机械学院H-411

课程简介西综2号楼A403粉体力学西综2号楼A403粉体力学

课程简介力学静力学运动学动力学力学固体力学流体力学其他

课程简介固体力学萌芽时期：公元前二千多年前，中国和世界其他文明古国开始建造有力学思想的建筑物、简单的车船和狩猎工具等。隋开皇中期(公元591～599年)建造的赵州石拱桥，已蕴含了近代杆、板、壳体设计的一些基本思想。发展时期：实践经验的积累和17世纪物理学的成就，为固体力学理论的发展准备了条件。18世纪，制造大型机器、建造大型桥梁和大型厂房这些社会需要，成为固体力学发展的推动力。此后，主要经历了四个阶段：①基本概念形成的阶段；②解决特殊问题的阶段；③建立一般理论、原理、方法、数学方程的阶段；④探讨复杂问题的阶段。这一时期，固体力学基本上是沿着研究弹性规律和研究塑性规律，这样两条平行的道路发展的，而弹性规律的研究开始较早。2024/9/86

课程简介流体力学萌芽时期：约2200年前，希腊学者阿基米德的“论浮体”发展时期：1687年牛顿在《自然哲学的数学原理》中讨论了流体阻力、波浪运动等内容，使流体力学成为力学中的一个独立分支。此后，主要经历了三个阶段：伯努利液体运动的能量估计及欧拉液体运动的解析方法，为研究液体运动的规律奠定了理论基础，在此基础上形成了一门属于数学的古典“水动力学”实际粘性流体的基本运动方程——N-S方程，奠定了理论基础。以实验方法来制定经验公式的“实验流体力学”。19世纪末，理论分析方法和实验分析方法相结合，解决实际问题，同时古典流体力学和实验流体力学内容也不断更新变化(相似理论和量纲分析，边界层理论和紊流理论等)，最终形成理论与实践并重的研究实际流体模型的现代流体力学。2024/9/872024/9/88

课程简介粉体

绪论

WilliamBlake（1757-1827）威廉·布莱克：英国诗人、水彩画家、版画家——《天真的预言》（AuguriesofInnocence，1863）开头著名4句：

Toseetheworldinagrainofsand一沙一世界

Andaheaveninawildflower一花一天国

Holdinfinityinthepalmofyourhand君掌盛无边

Andeternityinanhour刹那含永劫

绪论

Toseeaworldinagrainofsand贝壳、残骨、碎石…造物者在细沙间留下痕迹由熔化的岩浆凝固后形成的像雨花石的沙粒

绪论

Toseeaworldinagrainofsand浅绿色的橄榄石富含铁，密度大，抗风化，经得起百万年的波浪冲刷有些沙粒是由海洋生物尸体形成的，这也是许多热带海滩的主要成分

绪论

Toseeaworldinagrainofsand粉红色和红色的沙粒是石榴石；中间浅绿色的是绿帘石；角形的黑色磁铁矿石典型的沙漠沙粒，高强度、长时间碰撞和磨损，红色是来自空气中的氧化铁覆盖形成

绪论

一粒沙石（单个颗粒）是固体，沙堆（颗粒群）是固体？流体？

史前，植物种子————粉末明代宋应星的《天工开物》，详细的描述和总结了一些原始的粉体工艺加工过程。但当时未命名为“粉体”。化妆品源于新石器时代陶器与粉体密切联系2024/9/814

绪论

绪论●学科背景——交叉学科化学工程师和选矿工程师：利用粉体技术解决很多实际问题

结构和土木工程师：建造粉体料仓物理化学学家和物理学家：研究粘结力和摩擦力的控制因素数学和土力学学者：需要借助于计算机解决一些数学问题

绪论●研究内容

粉体技术学科：是一门交叉性、综合性的技术科学。由于其跨学科、跨技术的交叉性和基础理论的综合性，因此它既与若干基础科学相毗邻，又与工程应用广泛联系。

粉体力学课程：主要研究粉粒体的力学行为和特性，是研究、开发和设计粉粒体处理单元工艺、工程和设备的重要基础，对过程装备与控制工程、安全工程专业学生全面掌握流程型工业的过程及装备具有重要的作用。

绪论●研究内容

20世纪60-70年代：由于石化、能源和矿山技术的发展，粉体力学及工程技术得到了迅速的发展，在世界各地出版了各种版本的颗粒学专著，这些专著对粉体力学和工程的理论与应用发展起到很大的推动作用。

绪论●研究内容20世纪80年代：随着微米和超细颗粒材料制备与应用技术的发展，致使微米和超细颗粒成为粉体技术的热门研究课题——微米和超细颗粒与传统粉体的性能和行为差异很大。

20世纪90年代：纳米材料制备与应用技术的发展赋予了粉体技术新的生命，从原子和分子的微观尺度和纳米尺度来研究粉体的行为，使粉体理论和技术成为一门多学科交叉的尖端学科。约翰·艾特肯博士写道：“漂浮在大气中的尘埃引起了人们越来越多的关注。随着对这些看不见的粉尘认识的加深，我们的兴趣也浓厚了。当我们认识到这些尘埃对我们的生命至关重要时，我们几乎可以说，人们对它的担忧是不无道理的。无论是小到经过许多倍显微镜放大后也看不见的那些无机尘埃，还是漂浮在大气层内不可见的更大一点的有机粒子；尽管这些粒子看不见，但它们可是传播人类疾病和死亡的瘟神——这些瘟神远比诗人或画家曾表现出来的要真实的多……”环境污染控制领域跨学科、跨行业的综合性极强材料、冶金、化工、矿业、机械、建筑、食品、医药、能源、电子及环境工程等。2024/9/819

绪论

绪论●工业背景

国际标准化组织（ISO）的认定，社会经济过程中的全部产品通常分为四类

硬件产品（hardware）

软件产品（software）

流程型材料产品（processedmaterial）

服务产品（service）

绪论●工业背景

在21世纪初，我国和世界上各主要发达国家都已经把“先进制造技术”列为自己国家优先发展的战略性高技术之一。通常，先进制造技术主要是指硬件产品的先进制造技术和流程型材料产品的先进制造技术。

流程型材料：气体、液体、粉体

绪论●工业背景

自然界中：粉体是常见的一种物质存在形式，如：河沙、粉尘等

日常生活中：粉体是不可缺少的生活用品，如：食盐、米、面粉、洗衣粉等

工业生产中：粉体有着更重要的位置；如：食品、医药、电子、冶金、矿山、能源等工业中，粉体不仅是重要的原料，也是重要的产品

绪论●工业背景

化学工业中：约60%的产品是粉体。如果加上粉体悬浮在液体和气体中的产品，粉体和含粉体的产品可达80%；考虑粉体原料和中间产物，在化学工业中粉体的处理量可达粉体产品的3-4倍。

粉体涉及广泛的操作单元：储存、输运、混合、分离、制粉、造粒、流态化等，涉及工程、力学、物理、化学、材料等学科的基础理论和技术2024/9/82430202680美国各工业粉体销售额

绪论

绪论●工业背景20世纪80年代，美国一家咨询公司对美国和加拿大的37家与粉体有关（原料或产品）的工厂作了调研，得到如下结论：2/3工厂的运行负荷小于90%的设计负荷；1/3工厂的运行负荷小于60%的设计负荷；20世纪80年代与60年代的设计水平相当。

绪论●工程应用在工程领域中，粉体和散料的处理被称为粉体技术，是过程工业的重要组成。粉体材料性能的变化或转化：

粉碎、聚集、混合和偏析。

单个颗粒加工

颗粒群加工粉体的处理过程：存储、输运

不增值但不可少增加产品附加值

绪论

粉体力学性能有其特殊性：

类固体行为

类流体行为

颗粒群界面行为与其他物质以分子和原子作为研究对象相异，粉粒体一般以单个颗粒作为最基本的单元2024/9/827●课程沿革

绪论

20世纪40年代：第一部专著——Mircromeritics20世纪50年代：战后的日本——粉体工程20世纪50年代：德国Karlsruhe（卡尔斯鲁厄）大学化工机械系——Rumpf，开设“粉体工程”20世纪60年代：英国Bradford（布拉德福德）大学化学工程系——

Williams博士，粉体技术研究生院（GraduateSchoolofPost-graduateStudiesinPowderTechnology），“PowderTechnology”创刊2024/9/828●课程沿革

绪论20世纪70年代：20多家跨国公司集资成立“国际细粉学会”（InternationalFineParticleResearchInstitute）。每年出资设立项目解决与粉体有关的生产问题及产品开发研究，现已发展为约40家成员公司。20世纪90年代：美国化学工程师学会每4年举办一次“颗粒技术论坛”。2024/9/829●课程沿革

绪论1990年：“显微隧道扫描技术国际会议”预示纳米技术的诞生，之后每2年举办一次“纳米技术国际会议”。20世纪80年代：在中科院过程研究所（原化冶院）郭慕孙院士的建议下成立了“中国颗粒学会”。2024/9/830●课程沿革

在选矿和许多化学工业领域，了解粉体和散料的填充和流动的控制因素是非常必要的。

料仓内粉体的贮存，松散的粘连聚集，密实坚强压实物的制造等均需要填充物的几何尺寸参数以及通过它们力的传递信息；通过料仓出口的排料，通过锥斗或斜槽的流动，混合流动，盲孔处的填充等均需要流型、粉体的强度以及它们对表面的粘附信息。2024/9/831

绪论●课程内容2024/9/832

绪论●课程内容

绪论2024/9/833●课程内容

在粉体处理过程中，粒子或颗粒彼此间密切接触，在它们的聚集体内所发生的一切行为很大程度上是由颗粒间的粘附和摩擦所控制的。在涉及固相、流体相占主导地位的其它工艺过程中，例如，通过固定床的流动、流化床系统、一些水力或气力输送系统、粉尘捕集器等，其装置的设计和操作需要借助于粉体力学的知识。同样，当固相起主要作用时，粉体力学的知识是必须的。2024/9/834

绪论●课程内容2024/9/835

绪论●课程内容1852年：Hagen研究了砂子的流动问题；1885年：OsborneReynolds观察到沙堆在变形期间的膨胀特性

粉体力学本应与流体力学并行发展，然而，粉体力学发展较慢。只是在现在，当需要开发新的粉体，过程装备需要自动化，大量细粉物料需要处理时，粉体力学的原理及应用正面临新的挑战。2024/9/836

绪论●课程内容

粉体力学与土力学的基本方程的相同点：Coulomb（1776年）和Rankine（1857年）早期开展的沙堆摩擦行为的研究为基础。

粉体力学与土力学的基本方程的不同点：

（1）一些具有黏着行为的粉体，在土力学中被看作是自由流动的。因此，必须建立适用于粉体的测试方法。在这个研究方向Dawes(1952年)和Jenike等（1960年）取得了重要进展。2024/9/837

绪论●课程内容38绪论

绪论●课程内容H.A.Janssen

19世纪末德国布来梅市的工程师39A.W.Jenike绪论1939年毕业于华沙理工学院的机械工程专业；二战后在英国获得了结构工程博士学位

绪论●课程内容

粉体力学与土力学的基本方程的不同点：

（2）在大多数情况下，粉体力学的边界条件与土力学是不同的。Jenike（1961年）和Richmond、Gardner（1962年）已经得出一些近似解。

（3）粉体比土力学中常见的物质可经受较大的变形。Geniev（1958年）已经研究了粉体的运动方程，Brown（1961年）对自由流动的颗粒提出了能量理论。40

绪论●课程内容各行业独立处理各自遇到的粉粒体技术问题各行业在粉体研究中的共性问题聚集起来——粉体工程学操作单元:粉体的储存、输送、混合、分离、制粉、造粒、流态化等操作单元（工程、力学、物理、化学材料等）粉体操作单元的设计

经验或半经验半理论的结果2024/9/841

绪论粉体工程的研究内容42粉体力学是粉体工程的理论基础粉体工程材料、冶金、化学工程、矿业、机械、建筑、食品、医药、能源、电子、环境工程……按产品类别划分工业部门将粉体看成物质的一种特殊存在形式——粉体工程学诞生

绪论●课程内容粉体的流动气固两相流造粒粉碎混合颗粒分级粉碎机械力化学微细粉的燃烧和粉尘爆炸粉体喂料及计量设备矿物粉体表面改性……43

绪论●课程内容粉体的流动44

绪论●课程内容粉体的流动

绪论●课程内容粉体的流动

绪论●课程内容粉体的流动47

绪论●课程内容粉体的流动48

绪论●课程内容粉体的流动49

绪论●课程内容气固两相流51

绪论●课程内容混合52

绪论●课程内容混合53

绪论●课程内容混合54

绪论●课程内容混合2024/9/855

绪论●课程内容混合2024/9/856

绪论●课程内容1绪论●课程内容

1绪论●课程内容

视频

1绪论●课程内容

1绪论●课程内容

1绪论●课程内容

1绪论●课程内容

1绪论●课程内容粉体的类流体行为

粉体的基本定义米粒大麦米粉面粉磨×块粉各个单独的固体颗粒的集合体，我们把这种集合体称为粉体，是对实物“粉”这种物体抽象化的判断。粒粉××2024/9/865颗粒粉体粉体的基本定义2024/9/866粉体的固有特性：粉体——固体：粉体具有异常发达的比表面积。粉体是松散体，各颗粒间相对位置容易变动。粉体几乎没有刚度，容易变形和倾泻，容易发生颗粒间的相对运动。粉体的基本定义2024/9/867粉体的固有特性：粉体——固体：粉体——流体：流体具有流动性；粉体颗粒间容易发生相对运动是由于粉具有松散性，并不像流体那样具有流动性。流体是宏观上的连续体，而粉体是各个独立的松散的颗粒的集合体，颗粒之间有空隙，空隙中填充着空气和水，所以粉体不是连续体，具有显著的不连续性。一杯水、一杯粉料仓中粉的结拱、堵塞，装卸时发生的急冲、泛溢等现象都是因为粉的不连续性而造成的。粉体学(micromeritics)：研究具有各种形状的粒子集合体性质的科学。液体相似的流动性；气体相似的压缩性；固体相似的抗变形性；“第四种物态”多数固体制剂根据不同需要把粒子加工以改善粉体性质粉体粉体的基本定义2024/9/868粉体的基本定义2024/9/869料仓无论储藏的是水泥或是碎石块，侧压和底压随高度的变化关系都服从于同一规律。设计料仓时，碎石块也可以作为粉体来处理————粉体颗粒尺寸的上限无明确标明————块体、粒体、粉粒体工程颗粒群→粉体（powder）组成粉体的最小单元Theminimumelment粉体广泛应用于国民经济各行业，尤其工业生产过程中的原料、中间体或者最终产品等。Abulkofparticles粉体的基本定义2024/9/870单分散粉体多分散粉体

粉体颗粒的大小——粉体物料的粒度粉体颗粒在颗粒群中所占比例——粒度分布粉体的基本定义2024/9/871粉体颗粒的种类2024/9/872是最先形成粉体物料的颗粒称为原级颗粒。第一次以固态存在的颗粒，又称为一次颗粒或者基本颗粒。◆原级颗粒cubicsphereamorphous虚线—微晶连接的晶格层needle◆聚集体颗粒是由许多原级颗粒依靠某种化学力与其表面相连而堆积起来的。相对与原级颗粒来说是第二次形成的，故又称为二次颗粒。主要在加工制造过程中形成的。因表面相互重叠，表面积比原级颗粒表面积和要小。粉体颗粒的种类2024/9/873◆凝聚体颗粒在聚集体颗粒之后形成，又称为三次颗粒。由原级颗粒、聚集体颗粒或两者的混合物，通过比较弱的附着力结合在一起的疏松的颗粒群。各组成颗粒之间以棱或角结合。表面积与组成颗粒的表面积之和大体相等，比聚集体颗粒要大很多。粉体颗粒的种类2024/9/874◆絮凝体颗粒Definition:粉体在许多实际应用中都需要与液相介质构成一定的分散体系。在这种液固分散体系中，由于颗粒之间的各种物理力，迫使颗粒松散地结合在一起，所形成的粒子群，称为絮凝体颗粒。很容易被微弱的剪切力所解絮，也容易在表面活性剂（分散剂）的作用下自行分散开来。长期存储的粉体，可以看成是与大气水分构成的体系，故也有絮凝体产生，形成结构松散的絮团—料块。粉体颗粒的种类2024/9/8751绪论●课程内容

填充

基础静力学

粉体特性测量

流动模型

动力学

数值模拟2填充粉体的粒子学特性包括粉体粒径、粒径分布、粒子形状、密度、流动性、堆积密度、比表面积等。表示颗粒大小的几何参数：大小（尺寸）、形状、比表面积。第一讲填充2.1粒度2.2颗粒的形状2.3填充2.4颗粒间的附着力2.5颗粒的团聚和分散2.6粉体的抗拉强度2.1粒度粒度是颗粒在空间范围所占大小的线性尺度球形颗粒——直径长方形颗粒——长宽高非球形颗粒？？球形颗粒直径：d颗粒的体积：颗粒的表面积:颗粒比表面积:单位体积颗粒所具有的表面积2.1粒度粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.1球当量径2.1.2三轴径2.1.3统计平均径2.1.4筛分径（sievingdiameter）2.1.5自由沉降直径（Strokes直径）2.1.6粉体粒度分布832.1粒度84粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.1粒度或当量直径/球当量径/等体积球当量直径dV等表面积球当量直径dS比表面积球当量直径dSV2.1粒度1-11-21-585粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.1粒度或当量直径/球当量径等体积球当量直径dV2.1粒度激光粒度仪测试范围宽（最好的激光粒度仪的测量范围是0.04～2000mm，一般的也能达到0.1-300mm），测试速度快（1-3分钟/次），自动化程度高，操作简便，重复性和真实性好，可以测试干粉样品，可以测量混合粉、乳浊液和雾滴等86粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.1粒度或当量直径/球当量径等体积球当量直径dV2.1粒度激光粒度仪87粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.1粒度或当量直径/球当量径等体积球当量直径dV2.1粒度激光粒度仪大颗粒的衍射角小小颗粒的衍射角大2.1粒度夫琅霍夫(Fraunhofer)衍射理论颗粒直径远大于入射波长的情况，即几个微米至几百微米的测量；米氏(Mie)衍射理论用于几个微米以下的测量。激光衍射法原理图激光器激光束透镜样品池透镜衍射光束未衍射光束光传感器列阵中心传感器粉末2.1粒度90粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.1粒度或当量直径/球当量径等体积球当量直径dV2.1粒度激光粒度仪91粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.1粒度或当量直径/球当量径等体积球当量直径dV2.1粒度激光粒度仪BT-9300H结构原理示意图92粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.1粒度或当量直径/球当量径等体积球当量直径dV2.1粒度激光粒径谱仪OPSTSI333093粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.1粒度或当量直径/球当量径等体积球当量直径dV库尔特(Coultercountermethod)颗粒计数器及粒度分析仪仪器利用库尔特原理（电阻变化原理），可对颗粒进行计数和粒度分析，适合样品包括：各类粉体、水中杂质粒子、油中杂质粒子、各种细胞、酵母、海藻、浮游生物、海水沉淀物、大小输液、乳液、食品添加剂、涂料、染料、高分子聚合单体、生化制品等。2.1粒度粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.1粒度或当量直径/球当量径等表面积球当量直径dS1-31-2

对于无孔颗粒，可由颗粒的比表面积求得：比表面积颗粒密度942.1粒度95粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1粒度粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.1球当量径2.1.2三轴径2.1.3统计平均径2.1.4筛分径（sievingdiameter）2.1.5自由沉降直径（Strokes直径）962.1粒度最大稳定度——重心最低表面积S体积V三轴几何平均径：

与颗粒外接长方体体积相等的立方体的棱长三轴平均值：立体图形的算术平均三轴调和平均径：与颗粒外接长方体比表面积相等的球的直径2.1.2粒度或当量直径/三轴径2.1粒度粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞98粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.2粒度或当量直径/三轴径2.1粒度粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.1球当量径2.1.2三轴径2.1.3统计平均径2.1.4筛分径（sievingdiameter）2.1.5自由沉降直径（Strokes直径）992.1粒度100粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.3粒度或当量直径/统计平均径2.1粒度定方向径(Feret径)定方向等分径(Martin径)定向最大径投影圆当量径(Heywood径)Feret径>投影圆当量径(Heywood径)>Martin径准确性？？Heywood径与颗粒投影面积a相等的圆的直径称为投影圆当量径(Heywood径)与颗粒投影图形周长相等的圆的直径称为等周长圆当量径101粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.3粒度或当量直径/统计平均径——圆当量径与颗粒投影轮廓性质相同的圆的直径表示粒度2.1粒度102粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.3粒度或当量直径/统计平均径2.1粒度<粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.3粒度或当量直径/统计平均径1032.1粒度粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.1球当量径2.1.2三轴径2.1.3统计平均径2.1.4筛分径（sievingdiameter）2.1.5自由沉降直径（Strokes直径）1042.1粒度105粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.4粒度或当量直径筛分径（sievingdiameter）2.1粒度当颗粒通过粗筛网并停留在细筛网上时，粗细筛孔的孔径范围称为筛分径。例如：粉末的粒径为45～60目表示该粉末可通过45目粗筛网，而停留在60目筛网上。丝网筛106粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1粒度2.1.4粒度或当量直径筛分径（sievingdiameter）107粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1粒度2.1.4粒度或当量直径筛分径（sievingdiameter）108粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.4粒度或当量直径筛分径（sievingdiameter）2.1粒度国际用标准：顺序排列的各层筛的筛孔尺寸形成以几何级数，主序列的公比是21/2=1.414，称为筛比。主序列相邻的两层筛的筛孔的净面积相差一倍插入好几个辅助系列109粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.4粒度或当量直径筛分径（sievingdiameter）2.1粒度我国的实验筛标准GB6005-2008参照ISO565-1990制定。金属丝编织网筛（方孔）的筛孔尺寸从125mm到20mm穿孔板筛方形筛孔的尺寸从125mm到4mm圆形筛孔的尺寸从125mm到1nm电成型薄板方形和圆形筛孔尺寸从500mm到4mm实验室中已经使用小至1mm的微孔筛标准筛筛孔的大小直接用筛孔的净尺寸表示110粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.4粒度或当量直径筛分径（sievingdiameter）2.1粒度英美筛制以筛目作为筛号表示筛孔大小筛目就是每英寸长度上的筛孔数。25.4ad(a，d单位mm)111粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.4粒度或当量直径筛分径（sievingdiameter）2.1粒度2.1.4粒度或当量直径筛分径（sievingdiameter）粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞1122.1粒度粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.4粒度或当量直径筛分径（sievingdiameter）1132.1粒度114粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1粒度粒度特性曲线115粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1粒度2.1.4粒度或当量直径筛分径（sievingdiameter）粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞1162.1粒度粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.1球当量径2.1.2三轴径2.1.3统计平均径2.1.4筛分径（sievingdiameter）2.1.5自由沉降直径（Strokes直径）1172.1粒度118粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.5粒度或当量直径自由沉降直径（Stokes直径）——层流区2.1粒度1-6由沉降法所测的尺寸为Stokes尺寸μ、ρf－分别为沉降介质的粘性系数和密度ut－球形颗粒的等沉降速度g－重力加速度119粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.5粒度或当量直径自由沉降直径（Strokes直径）2.1粒度1-6沉降法是根据不同粒径的颗粒在液体中的沉降速度不同测量粒度分布的一种方法。Stokes定律：在重力场中，悬浮在液体中的颗粒受重力、浮力和粘滞阻力的作用将发生运动，其运动方程就是Stokes定律。(NatuschWallace,1974)不同粒径粒子在人体内的沉积位置2.1粒度121粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1粒度2.1.5粒度或当量直径MDI二苯基甲烷二异氰酸酯DPI(Drypowderinhaler)干粉吸入剂是一种利用专属设备将药物以干粉形式传达到肺部的制剂。TSI3321122粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1粒度2.1.5粒度或当量直径123粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1粒度2.1.5粒度或当量直径激光经过极化、分光分成水平和垂直两路光，然后聚焦到气路。从喷嘴向下分别是水平光和垂直光。粒子经过这2束激光产生连续双峰谱图，2峰间距离为飞行时间（TOF）加速孔双束激光光散射信号转换为脉冲飞行时间光散射强度2.1粒度125粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1粒度2.1.5粒度或当量直径必须根据具体条件选用合适的方法:显微镜统计众多的颗粒直径，Martin径或Feret径筛分法，以一个主尺寸（筛孔尺寸）表示颗粒的大小沉降法，用沉降速度当量直径表示颗粒的大小2.1粒度等体积球直径等表面积球直径等效重量直径最短直径最长直径Stokes直径筛分直径……127

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.6粒度分布的数学描述分布函数可表示粒度分布状态可用解析法求各种平均径、比表面积、单位质量的颗粒数等粉体特性实际测定时，减少决定分布所需的测定次数128

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.6粉体粒度分布的数学描述当△D很微小因而△f很微小时，称为分布函数或概率密度。范围内的百分数是归一到个数/质量百分数为100%的分布函数129

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.6粉体粒度分布

实际粉体粒度分布取决与其生成条件，常见的三种分布：正态分布对数正态分布Rosin-Rammler分布

粉体平均粒径130

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.6粉体粒度分布/正态分布随机事件——偶然性、必然性有统计规律的在某一常数附近摆动——正态分布钟形对称曲线，统计学上称为高斯曲线气溶胶、沉淀法制备的粉体频率函数分布函数131

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.6粉体粒度分布/正态分布α越小，频度分布曲线越“瘦”，分布越窄。当α=0.2时，有68.3%颗粒的粒度集中在

这一狭小范围内。把α≤0.2的粉体近似称为单分散的体系。132

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.6粉体粒度分布/正态分布D84.13、D15.89表示小于该D的累积百分数分别为84.13%和15.87%。133

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.6粉体粒度分布/对数正态分布大多数情况的粉体和分散系都近似符合频率分布曲线不对称，曲线顶峰偏于小粒度一侧，以lgD和lgσg分别代替正态分布中的D和σ，便可得到对数正态分布函数134

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞正态分布对数正态分布对称非对称2.1.6粉体粒度分布/对数正态分布135

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.6粉体粒度分布/对数正态分布相对频率dφ（％）粒度D(μm)136

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.6粉体粒度分布/对数正态分布如果累积分布在对数正态概率纸上呈一条直线，表明符合对数正态分布。137

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.6粉体粒度分布/对数正态分布138

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞颗粒的尺寸分布（sizedistribution）表示方法：表格法、作图法。其中的关系式有：尺寸区间、平均尺寸、颗粒数、颗粒百分数、单位尺寸区间的颗粒百分数、单位对数尺寸区间的颗粒百分数。表格法P2表1-12.1.6粉体粒度分布/对数正态分布表1某粉体颗粒尺寸的分布数据x1-x2/μmdx/μmx/μmdN/个dΦ/％dΦ/dxdΦ/dlgD1.4-2.02.0-2.82.8-4.04.0-5.65.6-8.08.0-11.211.2-16.016.0-22.422.4-32.032.0-44.844.8-64.064.0-89.60.60.81.21.62.43.24.86.49.612.819.225.61.72.43.44.86.89.613.619.227.238.454.476.8142269134249259160732162N=10000.10.42.26.913.424.925.916.07.32.10.60.20.20.51.84.35.67.85.42.50.80.20.0－13154689167173107491441其中：140尺寸分布图有尺寸频率分布图积累尺寸分布图作图法P2图1-1～图1-4dΦ/%ΣdΦ0.10.42.26.913.424.925.916.07.32.10.60.20.10.52.79.62347.973.889.897.199.299.8100xΣdφ2.1.6粉体粒度分布/对数正态分布141

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞颗粒百分数达到50%时的颗粒尺寸不能直观地反映出分布特征或状况∨×2.1.6粉体粒度分布/对数正态分布142

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞1-101-112.1.6粉体粒度分布/对数正态分布随尺寸区间的减小，尺寸频率分布图可变为一条连续的曲线。此时尺寸频率分布可表示为：143

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞课本P4公式1-14～1-20同pptP10&P152.1.6粉体粒度分布/对数正态分布D84%、D16%分别为颗粒累计百分数为84％和16％所对应的颗粒尺寸。144

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.6粉体粒度分布/Rosin-Rammler分布对于像粉碎产物、粉尘之类粒度分布范围广的颗粒群来说，在对数正态分布上作图所得的直线偏差很大。Rosin与Rammler等人通过对煤粉、水泥等物料粉碎实验的概率和统计理论的研究，归纳出用指数函数表示粒度分布的关系式，即式中

为小于D的质量百分数，n、b为常数。积分后，得f=100[1-exp(-bDn)]若以R表示大于D的质量百分数，则

R=100-f=100exp(-bDn)如取

b=1/Den，则指数一项可写成无因次项，即R(D)=100exp[-(D/De)n]式中R(D)——累计筛余质量百分数；

De——特征粒径，表示颗粒群的粗细程度；

n——均匀性系数，表示粒度分布范围的宽窄程度。n值越小，粒度分布范围越广，对于粉尘及粉碎产物，往往n≤1。145

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.6粉体粒度分布/粉体平均粒径1个尺寸是10mm，9个尺寸是1mm。如何表示这10个颗粒的平均尺寸才合理？146

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.6粉体粒度分布/粉体平均粒径147

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.6粉体粒度分布/粉体平均粒径148粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞1.7粉体粒度分布/粉体平均粒径常用的颗粒平均尺寸有：①中间尺寸d50％－

颗粒百分数达到50％所对应的颗粒尺寸。见积累尺寸分布图。②最大频率尺寸－频率尺寸分布图中颗粒频率峰值所对应的颗粒尺寸。149

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞Micro-elementdD2.1.6粉体粒度分布/粉体平均粒径150

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞在频率尺寸分布图中平均尺寸对纵坐标的动量矩等于所有颗粒尺寸区间对纵坐标动量矩之和。③动量矩平均尺寸2.1.6粉体粒度分布/粉体平均粒径P41-21P41-22151

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.1.6粉体粒度分布/粉体平均粒径粉体的体积平均尺寸1-231-24以质量为基准的平均径

……152

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞粉体尺寸分布宽度定义ParticlesizeParticlesizedistributionMeansizesizedistributionwide2.1.6粉体粒度分布/粉体平均粒径尺寸分布宽度（sizedistributionwide）153

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞<0.050.05～0.20.2～0.40.4～0.60.6～0.8>0.8尺寸分布宽度很窄窄适中宽很宽极宽颗粒尺寸分布宽度2.1.6粉体粒度分布/粉体平均粒径粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.2颗粒的形状颗粒形状——粉体比表面积、流动性、磁性、固着力、研磨特性、填充性、化学活性、涂料的覆盖能力、粉体层对流体的透过阻力、颗粒在流体中的运动阻力……154粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.2颗粒的形状一些工业产品对颗粒形状的要求产品种类对性质的要求对颗粒形状的要求涂料、墨水、化妆品固着力、反光性片状橡胶填料增强性、耐磨性非长方形塑料填料冲击强度长形炸药引爆物稳定性光滑球形洗涤剂和食品工业流动性球形铸造型砂强度、排气性球形磨料研磨性多角状155粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.2颗粒的形状颗粒形状术语球形Spherical立方体cubical针状Needle-like，acicular粒状Granular纤维状Fibrous片状Platy，discs棒状Rodlike树枝状Dendritic粗糙Rough柱状Prismoidal海绵状sponge光滑Smooth鳞状flaky尖角状Sharp块状blocky圆角状Round多孔Porous聚集体Aglomelate中空hollow毛绒的Fluffy，nappy156粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞颗粒形状几何表示用数学语言描述颗粒的几何形状，除特殊场合需要三种数据外，一般至少需要两种数据及其组合。通常使用的数据包括三轴方向颗粒大小的代表值，二维图像投影的轮廓曲线、表面积和体积等立体几何各有关数据形状系数(shapefactor)——立体几何各变量的关系形状指数(shapeindex)——颗粒大小的各种无因次组合2.2颗粒的形状157粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.2颗粒的形状形状指标的分类名称分类名称基准几何形状指标名称数据种类形状指数长方体长短度、扁平度、Zi指数、柱状比三轴径充满度长方体、矩形体积充满度、面积充满度、面积比三轴径、投影面积、体积平面、立体几何指标球体、圆形球形度、圆形度、表面指数体积、表面积、投影面积、周长、各种相当径圆角度曲率半径基于轮廓曲线的各种指标无各种代表径和平均径比、统计量比、CAR指数、形状述子投影轮廓曲线各参数及各种代表径形状系数球体体积、表面积、比表面积形状系数、球形度、动力学形状系数立体几何各量其他指标椭圆158159粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞形状系数(shapefactor)K令Q=Kdpk

其中Q表示颗粒平面或立体参数；dp为粒径。体积形状系数表面积形状系数比表面积形状系数球形度

2.2颗粒的形状粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞形状系数(shapefactor)K1602.2颗粒的形状粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.2颗粒的形状161形状系数/Wadell球形度1-391-41颗粒球形度小于等于1。颗粒的形状与球偏离越大，颗粒的球形度越小。1-5162粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞形状系数/Wadell球形度V相同的颗粒，球形颗粒AS最小，∴非球形颗粒：Ψ<1；球形颗粒：Ψ=1。例：边长为l的正方体：A＝6l2；V＝l3；体积相等的球形颗粒：1-391-412.2颗粒的形状163粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.2颗粒的形状非球形颗粒的几何平均尺寸mi－颗粒尺寸区间的质量分数推导！Σmi=11-401-411-421-43164粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞简单几何形状颗粒的球形度颗粒形状球形度颗粒形状球形度球1.0正四面体0.67圆柱体H=d0.87正八面体0.83H=2d0.83长方体1:2:20.77H=4d0.731:2:40.68圆盘H=d/20.831:4:40.64H=d/40.69椭球体1:1:20.93H=d/100.581:1:40.78长方体1:1:10.811:2:20.921:1:20.771:2:40.791:1:40.681:4:40.702.2颗粒的形状165粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞粉体球形度粉体球形度粉体球形度煤粉0.75水泥0.57碎玻璃0.65碎石0.5~0.9云母粉0.28糖0.85食盐0.84沙子0.75~0.98可可粉0.61钨粉0.85钾盐0.70铁催化剂0.58拉西填料0.26~0.53鲍尔填料0.3~0.37矩鞍形填料0.14常见粉体的球形度2.2颗粒的形状166粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞动力学形状系数2.2颗粒的形状形状系数(shapefactor)K令Q=Kdpk

其中Q表示颗粒平面或立体参数；dp为粒径。167粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞形状系数(shapefactor)K——动力学形状系数阻力形状系数——定义Stokes形状系数KV为体积相同的球以速度差异进行颗粒形状区分的一种方法。小于或者等于1查看教科书中p9之表1-7！2.2颗粒的形状168粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞实验结果表明，颗粒的Stokes形状系数KV与颗粒的球形度ψ符合如下关联式（经验公式）：精度如何？见数据拟合图。2.2颗粒的形状粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞Curvefitting169粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞颗粒ρP(kg/m3)dV/cm介质粘度Pa·s沉降速度(cm/s)ψ小米14000.15830.27150.27151.0003黄米13280.20700.25570.39320.9796小楂子14910.12100.27430.15670.8769大米14950.30460.24141.15620.8958黑米14330.30580.22281.15960.9208香米14980.30100.22960.98620.7129高粱米14150.36310.23151.43430.8580粘高粱米14050.33950.22381.28200.8658小麦粒13660.44780.23021.96030.8431薏米12710.50710.23252.05300.8741谷物颗粒球形度的测量结果1702.2颗粒的形状171粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞由颗粒的Stokes尺寸定义及颗粒的Stokes形状系数的定义可得2.2颗粒的形状172粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞(1-40)-(1-43)(1-49)只要测得颗粒的某一尺寸和颗粒的球形度，就可获得颗粒的其他尺寸，即可以完整地表征颗粒的几何特征。把(1-46)带入式(1-48)得1-492.2颗粒的形状173粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞测得颗粒的某一尺寸和颗粒的球形度，就可获得颗粒的其他尺寸，即可以完整地表征颗粒的几何特征。1-492.2颗粒的形状1-401-411-421-43粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞均齐度proportion长短度elongationN=l/b扁平度flatness/flakinessM=b/hZingg指数

F=N/M=lh/b2h——thicknessb——breadthl——length1742.2颗粒的形状175粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞均齐度proportion柱状比2.2颗粒的形状h——thicknessb——breadthl——length粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞充满度spacefillingfactor体积充满度：颗粒外接长方体体积与该颗粒体积之比面积充满度：颗粒投影外接矩形面积与其投影面积之比1762.2颗粒的形状粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞圆形度degreeofcircularity颗粒的投影与圆接近的程度圆角度roundness颗粒棱角磨损的程度……1772.2颗粒的形状粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.2形状的数学分析1967年法国数学家B.B.Mandelbrot，在《科学》杂志上发表了“英国的海岸线有多长”的学术论文。1782.2形状的数学分析粉体力学大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞2.2形状的数学分析1801970年，B.B.Mandelbort提出分形维分析(FractalAnalysis)表征粗糙颗粒的粗糙度。1986年，N.N.Clark提出用分数谐函数(FractalHarmonics)表征颗粒形状的原理。非分形图形分形图形Mandelbrot提出了一个分形维数的概念。在Euchlid几何学中我们知道维数的概念点---0维；线---1维；面---2维；体---3维。2.2形状的数学分析将长度为1的线段分为n等分,每段长为x,则n•x=1将面积为1的正方形n等分,每一个小正方形的边长为x,则n•x2=1将体积为1的正方体n等分,每一个小正方体的边长为x,则n•x3=1

n

•

xD=1

D=－(lnn/lnx)D具有维数的概念。2.2形状的数学分析Sierpinski三角2.2形状的数学分析Sierpinski三角2.2形状的数学分析

D=ln3/ln2=1.58…Sierpinski三角2.2形状的数学分析Koch曲线2.2形状的数学分析Koch曲线2.2形状的数学分析D=ln4/ln3=2.26…英国海岸线的维数为D=1.25(Mandelbrot)188分形是英文“fractal”一词的中文翻译，是指“分数维的图形”。一般来说，它是十分复杂而不规则的图形。Mandelbrot曾经以数学方式为分形下过两个定义：满足下列条件Dim(A)>dim(A)的集合A,称为分形集。其中Dim(A)为集合A的Hausdoff维数（或分维数），dim(A)为其拓扑维数，Dim(A)不是整数，而是分数。部分与整体以某种形式相似的形，称为分形。2.2形状的数学分析2.3填充粉体的粒子学特性包括粉体粒径、粒径分布、粒子形状、密度、流动性、堆积密度、比表面积等。1902.3粉体填充与堆积特性粉体填充结构——颗粒在空间中的排列状态

——力学、电学、传热学、流体透过……——粒度、形状、颗粒间相互作用力……——两个极端填充状态：最疏——避免料仓结拱最密——造粒1912.3粉体填充与堆积特性2.3.1密度2.3.2填充率2.3.3孔隙率2.3.4配位数2.3.5可压缩性1922.3粉体填充与堆积特性2.3.1粉体密度单位堆积体积的粉体的质量，即为粉体的堆积/容积密度，也叫做视密度，粉体的质量M除以粉体的堆积体积VB2-1形状、尺寸、尺寸分布、堆积方式1932.3粉体填充与堆积特性松动堆积密度在重力作用下慢慢沉积后的堆积（自然堆积）；紧密堆积密度通过机械振动所达到的最紧密堆积（强制堆积）。真实密度2.3.1粉体密度194

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞粉体填充与堆积特性100mL防止颗粒团聚松动堆积测量紧密堆积测量1952.3粉体填充与堆积特性Example:Bulkdensity,ρb,ofcoalwith12%moistureasafunctionoftheconsolidationstress,σ12.3.1粉体密度196粉体填充与堆积特性堆积方式对小颗粒影响大197

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞粉体填充与堆积特性PVC比较特殊1982.3粉体填充与堆积特性2.3.2填充率颗粒体积占粉体堆积体积的比率堆积的颗粒体积粉体填充体积1992.3粉体填充与堆积特性2.3.3粉体堆积的空隙率空隙体积占粉体堆积体积的比率，亦即颗粒间的空隙体积Vv除以粉体的堆积体积VB2-2堆积的颗粒体积粉体填充体积200堆积空隙率取决于颗粒的形状、颗粒的尺寸与尺寸分布及粉体的堆积方式。2-32-4松动堆积空隙率紧密堆积空隙率2.3粉体填充与堆积特性2.3.3粉体堆积的空隙率201堆积空隙率取决于颗粒的形状、颗粒的尺寸与尺寸分布及粉体的堆积方式。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e远大于0.9，在压缩(压片、压块)后可使e<0.1。干燥(粒径>1mm)且球形度较好（如石英砂）的粉粒体空隙率通常为

e=0.4例：石灰粉具有颗粒密度rP≈2700kg/m3，在一定应力水平下堆积密度rB≈1050kg/m3，空隙率e=0.61。2.3粉体填充与堆积特性2.3.3粉体堆积的空隙率202堆积空隙率取决于颗粒的形状、颗粒的尺寸与尺寸分布及粉体的堆积方式。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e远大于0.9，在压缩(压片、压块)后可使e<0.1。干燥(粒径>1mm)且球形度较好（如石英砂）的粉粒体空隙率通常为

e=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。2.3粉体填充与堆积特性2.3.3粉体堆积的空隙率2032.3粉体填充与堆积特性2.3.3粉体堆积的空隙率Simplesetupforacompressibilitytest2042.3粉体填充与堆积特性2.3.3粉体堆积的空隙率Example:Bulkdensity,ρb,ofcoalwith12%moistureasafunctionoftheconsolidationstress,σ12052.3粉体填充与堆积特性206

粉体力学

大连理工大学流体与粉体工程研究设计所刘凤霞粉体填充与堆积特性207分布宽度对空隙率具有较为明显的影响2.3粉体填充与堆积特性2082.3粉体填充与堆积特性2.3.4颗粒的配位数粉体堆积中，与某一考察颗粒相互接触的颗粒数。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正方形排列层单斜方形/六方系排列层2092.3粉体填充与堆积特性正方形排列层均一球形颗粒的基本排列层等边三角形/菱形/六边形排列层2102.3粉体填充与堆积特性2112.3粉体填充与堆积特性212213空间特征的计算结果2.3粉体填充与堆积特性配位数2142.3粉体填充与堆积特性实际填充结构填充时，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。Smith等人将3.78mm的铅弹自然填入直径80～130mm的烧杯中，注入20%醋酸水溶液后，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。从与容器不接触的铅弹中计数900～1600个球，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：2152.3粉体填充与堆积特性实际填充结构216dP=7.56mm，自然投入堆积，实验测量可以与表2-2计算结果相比较。一致，非常吻合！2-52172.3粉体填充与堆积特性Bernal&Mason测定与所观察颗粒完全接触的颗粒，及比较近接触的颗粒，方法同Smith，钢球直径6.35mm，1000～5000个填入容器，浸满墨汁后取出，干燥后如图示两类斑点。2182.3粉体填充与堆积特性219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2.3粉体填充与堆积特性2212.3.5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，用以表征粉体的可压缩性。定义如下：2-8VB,AVB,T2.3粉体填充与堆积特性2222-9常用于表征粉体的可压缩性和流动性2.3粉体填充与堆积特性2.3.5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Hausner比值2232.3.5粉体的可压缩性实验结果表明:较粗颗粒的HR值较小（<1.2）细颗粒的HR值较大（>1.4）极细颗粒具有较高的HR值（>2）根据图2-2可以发现,颗粒尺寸增加,堆积密度相差变小。2.3粉体填充与堆积特性2242.3粉体填充与堆积特性2-10粉体的可压缩性和Hau