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《粉体科学与工程基础》教学大纲

课程编号：

课程名称:粉体科学与工程基础/Fundamentals of Powder Science and Technology

学时/学分：32/2 （其中含实验0学时）

先修课程：无

适用专业：无机非金属材料工程

开课学院（部）、系（教研室）：材料学院无机非系粉体工程研究所

一、课程的性质与任务

本课程为无机非金属材料专业的专业必修课程，材料科学与工程专业的专业选修课.

通过本课程的学习，使材料科学与工程专业的学生能够系统地掌握“粉体科学与工程” 的基本理论和基础知识，从而能根据材料的性能要求，从粉体科学的角度，对粉状原材料的颗粒儿何特性和表面物理化学性质进行正确的表征和合理的设计；并为进一步学习粉体制备与处理工艺及装备技术奠定基础，使学生能从粉体过程工程的层面，掌握正确、合理地运用粉体材料制备工艺和装备技术的技能。通过本课程的学习，使学生获得：

颗粒几何特性与表征

颗粒的堆积结构与致密堆积

粉体力学与流变特性

颗粒流体力学

粉体的物理特性

粉体的表面物理化学性质

等方面的基本概念和基木理论，以及正确、合理地应用专业基础知识解决粉体过程工程实际问题的能力和科学方法，为后继专业课学习奠定必要专业基础知识。在传授专业基础知识的同时，通过各章节所学内容与生产中实际问题的关联介绍，培养学生对专业课程的学习兴趣。

二、课程的教学内容、基本要求及学时分配

（―）教学内容

1.颗粒的几何特性与表征

颗粒的大小与分布：粒径和粒度的概念；单颗粒的4种粒径表征方法：轴径，球当量径, 圆当量径，定向径；颗粒群平均粒径的概念；平均粒径的计算方法。

粒度分布：粒度分布的概念；粒度分布的4种表征方法：列表法，作图法，矩值法，函数法；函数法的4种粒度分布方程：正态分布方程，对数正态分布方程，Rosin-Rammler 分布方程，Gates-Gaud in-Schumann分布方程。

颗粒的形状：形状系数的概念，形状系数的表征方法，形状指数的概念，形状指数的表征方法。

颗粒形状的数学分析法：Fourier级数分析法；分数维法：分形与分数维的概念，分数维的计算，颗粒形状的分数维表征。

粉体比表面积：颗粒的表血性状；粉体比表面积的概念；粉体比表面积的计算：基于单颗粒或颗粒群平均粒径的比表面积计算，基于粉体粒度分布的比表面积计算，几种粒度分布方程的比表面

积计算。

2.颗粒的堆积结构与致密堆积

颗粒堆积结构的基木参数：空隙率，堆积率，表观密度，配位数概念。

颗粒的堆积结构：等径球形颗粒的规则堆积，等径球形颗粒的随机堆积，异径球形颗粒的堆积。

实际颗粒的堆积：非连续尺寸粒径的颗粒堆积，连续尺寸粒径的颗粒堆积。

颗粒致密堆积理论与经验：Ilorsfield致密堆积理论，Fuller致密堆积曲线，Alfred 致密堆积方程，隔级致密堆积理论，致密堆积经验。

3.粉体力学与流变特性

颗粒接触点上的作用力与粉体层应力：颗粒间的内聚力；主要内聚力形式：范德华力，静电吸引力，液体桥联力，固体桥联力概念及计算。

粉体层极限应力状态：Jenike剪切法实验，三轴压缩法实验。

粉体层应力的莫尔圆分析法：粉体层应力平衡关系，莫尔圆的概念及方程，最大主应力和最小主应力概念及计算方法，莫尔圆与粉体层的应力对应关系，粉体层应力的莫尔圆图解法。

粉体的摩擦角特性：内摩擦角概念；压应力与剪应力的三种变化关系：理想库仑粉体, 库仑粉体，非库仑粉体的概念及表征方程；粉体主应力与内摩擦角关系；粉体被动和主动侧压力系数；休止角、壁面摩擦角与滑动摩擦角、运动摩擦角动概念及测试方法。

粉体的流变特性：粉体的屈服轨迹，粉体的有效屈服轨迹与有效内摩擦角，粉体的开放屈服强度，粉体的流动函数。

粉体层的压力分布：圆筒形容器粉体层压力分布的分析计算，倒锥形料斗的粉体层压力分布的分析计算。

粉体的压缩：粉体的压缩机理，压缩应力分布，压缩率与压缩应力之间的变化关系。

4.颗粒流体力学

颗粒在流体中的沉降运动：颗粒在流体中的运动方程，分析2种典型沉降：颗粒的自由沉降和高心沉降；颗粒的运动阻力系数与颗粒雷诺数之间的关系；颗粒沉降速度计算：球形颗粒的自由沉降速度及对应于层流区的Stokes公式、过渡流区的Allen公式和湍流区的Newton公式，球形颗粒的离心沉降速度计算；颗粒沉降速度的修正：颗粒尺寸影响，颗粒形状修正，壁效应修正，浓度修正。

流体在颗粒固定床层中的透过流动：固定床的基本特性和基本概念;透过流的压降计算: Carman-Kozeny公式分析和Ergun公式。

颗粒在流体中悬浮运动：流化床基本性质，分析颗粒流态化现象和流化床结构及似流体性质，流态化过程及特性；流化床主要参数计算：床层压降，临界流化速度，极限流化速度, 流化床的平均空隙率和平均密度。

5.粉体的物理特性

粉体的热学性质：颗粒的能量与热力学关系，分析颗粒尺寸与能量的分布状态；颗粒的热力学基本方程；颗粒的熔点和溶解度；颗粒热容和比热容；粉体的传热特性：分散相中颗粒的传热，颗粒层的传热。

粉体的电学性质：颗粒的荷电现象与荷电量，颗粒的4种主要荷电形式：接触荷电，碰撞荷电，电场荷电，粉碎荷电；粉体的电导性：粉体堆积体电阻，粉体分散体的电导率；粉体的介电常数。

粉体的光学性质：光传播的基本属性；颗粒分散体系中的光散射：瑞利散射，米氏散射, 夫琅禾费散射；粉体层表面光的反射现象与反射规律；颗粒的光吸收现象和光吸收机理，颗粒光吸收现象的应用；光在颗粒分散体系中的衰减。

粉体的磁学性质：物质的磁性，分析物质磁性的木质、铁磁性物质和物质磁性分类；颗粒的磁