第五章 散粒物料的力学特性 (1)
现代食品检测技术期末考试试卷及参考答案A
一．填填空题（每空1分，共计30分） 1. 在酸性条件下，苯酚的最大吸收波长将发生 变化。
2. 紫外吸收光谱的最重要应用是为我们提供识别未知有机化合物分子中可能具有的_____和估计共轭程度的信息，从而推断和鉴别该有机物的结构。
3. 在有机化合物的红外吸收光谱分析中，出现在4000～1350cm -1频率范围的吸收峰可用于鉴定官能团，这一段频率范围称为______。
4. 原子吸收光谱法是基于气态原子对光的吸收符合_____，即吸光度与待测元素的含量成 正比而进行分析检测的。
5. 免疫学检测技术是食品检验技术中的一个重要组成部分，特别是三大标记免疫技术即 、 、 在食品检测中得到了广范应用。
6. 色谱法分离混合物的可能性决定于试样混合物在固定相中______的差别。
7. 进行色谱分析时，进样时间过长会导致半峰宽______。
8. 选择固定液时，一般根据______原则。
9. 含氯农药的检测使用 色谱检测器为最佳。
10.HPLC 中通用型检测器是_______。
11.请按照能量递增的顺序，分别排列下列电磁辐射区：红外线，无线电波，可见光，紫外光，X 射线，微波，_________________________ 。
12. 对于正相液相色谱法，是指流动相的极性______固定液的极性。
13. 如果样品的相对分子量在200到2000之间，一般可考虑使用____进行分离。
14. 相对保留值是指某组分2与某组分1的_______。
15. 对某一组分来说，在一定的柱长下，色谱峰的宽或窄主要决定于组分在色谱柱中的 __ _。
16. 红外光谱对有机化合物的定性分析具有鲜明的特征性，大致可分为 _________ 定性和_________分析两个方面期 末 考 试 试 题（2008-2009学年第1学期） 课程名称 现代食品检测技术 开课学院 食品学院使用班级 考试日期题 号 一 二 三 四 总分 核查人签名得 分阅卷教师 命题教师：共 3 页 第1 页学生所在学院 专业、班级 学号 姓名17. 原子吸收分光光度计中光源的作用是辐射待测元素的____________________，以供试样原子蒸气中基态原子的吸收。
农业物料学复习要点
农业物料学复习要点绪论：农业物料学是指农业生产和加工的对象第一章基本物理参数1、形状指数：是把物体的实际形状和基本形状，如球体，圆等，进行比较的一个物理量。
物理意义：圆度是表示物体角棱的锐度，它表明物体在投影面内的实际形状和圆形之间的差异程度；球度是表示物体实际形状和球体之间的差异程度，它表示了以相同体积球体为基准的物体形状特征。
2、密度定义：物体每单位体积内所具有的质量。
密度的测量法：液浸法、（悬浮发、比重天平法、比重瓶法），气体置换法（压力比较法、定容级压缩法、定容积膨胀法、不定容积法），比重梯度管法。
3、孔隙率：松散物料空隙所占体积和整个物料所占体积之比。
E=n/n+1(n是孔隙比)4、农业物料含水量表示方法：湿基表示法是以农业物料为基准，干基表示法是以农业物料中固体干物质为准计算的。
湿基含水量表达式Mw=mw/(ms+mw)。
(mw物料中水的质量，ms物料中所所干物质的质量)干基含水量表达式Md=mw/ms。
第二章固体农业物料的流变特性1、粘弹性：应力和应变关系可能与应变速率及应变时间的饿、高阶微分有关，这种与时间相关而产生的特性。
2、建立流变模型满足条件：a模型必须能够预测任何应力—应变情况下的实际物料性质，b模型必须能够适应拉伸和压缩应力及其相对的应变，c在实际物料料中，当流变特性发生变化时必须能依据模型参数加以解释。
3、麦克斯韦模型中弹性元件和粘性原件串联而成；开尔文模型由弹性元件和粘性原件并联而成；伯格斯模型由弹簧、阻尼器和开尔文模型三种原件串联而成。
4、农产品力和变形关系：图中y点是生物屈服点，在y点以后，力不在增加甚至有时还减少，而变形却不断增加。
在一些农产品中，生物屈服点的存在标志这物料中细胞结构开始破裂。
生物屈服点可以出现在点LL以后的任何位置，LL处力和变形关系曲线开始偏离初始的线性区段，点LL称作弹性极限点。
图中R点称为破裂点，在这位置时物料在轴向载荷作用下产生破裂。
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第一章基本物理参数1物料形状和尺寸的表示和测定方法：图形比较法、用类似的几何体表示、形状指数、形状系数、轴向尺寸、粒径、曲率半径2、形状指数：是把物体的实际形状与基准形状，如球体和圆等，进行比较的一个物理量。
3、圆度：是表示物体角棱的锐度，它表明物体在投影面内的实际形状和圆形之间的差异程度。
4、球度：表示物体实际形状和球体之间的差异程度。
5、粒径：是用来表示粒状或粉状物料的形状和尺寸的一种方法。
6、粒径可分为表示单个粒子的单一粒径和表示许多不同尺寸粒子组成的粒子群的平均粒径。
______7、粒度分布：是以粒子群的质量或粒子数的百分率计算的粒径频率分布曲线或累积分布曲线表示的。
8、容积密度：把试料装入已知体积的容器内，测量装入容器的物料质量，根据容器体积和物料质量求得的密度，一般用Pb表示。
9、粒子密度：根据物料实际体积和质量求出的密度，一般用Ps表示，简称密度。
10、真密度：又称固体密度，把试料仔细粉碎除去物料内部空洞所占体积求得的密度，一般用Pt表示。
11、物料密度测量方法：液浸法、气体置换法、比重梯度管法。
12、液浸法：悬浮法（适用于水果、蔬菜等较大物料）、比重天平法（适用于豌豆、大豆、玉米等较小物料）、比重瓶法（适用于谷粒、种子等脂类较高物料）［掌握前两种方法的计算公式］13、孔隙率：松散物料孔隙所占体积和整个物料所占体积之比。
14、孔隙比：孔隙体积与物料固体物质体积之比。
第二章固体农业物料的流变特性1、农业物料的流变特性是研究物料在外力作用下产生的变形和流动，以及载荷作用下的时效。
2、流变特性用应力、应变和时间三个参数表示。
3、弹性、粘性和塑性是用来描述农业物料流变特性的三种基本性质。
4、流变模型有三个基本元件，即弹性元件、粘性元件和塑性元件5、应力松弛：是指物料突然地变形到给定值并保持不变时，应力随时间变化的函数关系。
6、蠕变：是指物料突然地受到一个给定应力值并保持不变时，应变随时间变化的函数关系。
农业物料学最新版(1)
•
莫尔包络线包络 线即表示散粒物料的 剪切强度 。 散粒体的剪切强度和内摩擦角可直接 用图解法求出。它们的数值也可用莫尔圆方程直接求出。
• 内摩擦角在力学上可以理解为块体在斜面上的临界自稳角， 在这 个角度内，块体是稳定的；大于这个角度，块体就 会产生滑动。 利用这个原理，可以分析边坡的稳定性。
函数FF落在流动因数 ff的下方,流动是稳定 的不会中断。反之会 出现结拱现象。
结拱是由于物料粒子之间及粒子和容器之间的摩擦、粘聚和粘附 作用而产生的。散粒物料的位径愈小、粒子形状愈复杂、重度愈 小、内摩擦角和含水率愈大，则落粒拱现象愈严重。料斗排料口 愈小、锥顶角愈大、表面愈粗糙，则愈容易造成结拱。结拱现象 非常复杂，目前还不能从根本上解决，只能采取措施减少落粒拱 现象。防止结烘的办法有以下几种： （1）加大排料口尺寸； （2）减小料斗锥顶角； （3）尽量使料斗光滑，减小摩擦力， （4）将料斗作成非对称形或在料斗内加纵向隔板，以形成 左右非对称性，可有效地破坏物料受力后形成的稳定静止层； （5）在排料口上方加锥体结构，以减小排料口承受的物料 压力； （6）在料斗中悬吊链条或安装振动器。
• σ= σ1cos2θ+σ3sin2θ • τ= （σ1-σ3）cosθsinθ •
• 式中σ1——最大主应力； • σ3——最小主应力； • θ——破坏平面和最大主应 力平面之间的夹角；
• 对同一种物料在不同的σ3 情况下作试验，可得出散粒物料发生破坏时 的一系列σ1 。 莫尔圆和莫尔包络线相切的点表示散粒物料产生破坏时 的平面方位及平面上的应力状态，它表示了散粒物料的强度条件。 莫尔包络线可用下式表示为 • τ= c+σtgυi • • • • 式中τ——散粒体抗剪强度； c——散粒体粘聚力； σ——破坏平面上的正应力； υi——内摩擦角。
农业物料学重点+模拟卷
绪论农业物料：指农业生产、加工和处理的对象，包括动、植物物料及其半成品和成品，以及土壤、化肥、农药等有生命物料和无生命物料。
农业物料学：主要争论农业物料中各种带有共性的物理特性，为各种机械和系统(如生产、处理、加工、贮藏、包装、运输和质量检验等)供给合理和牢靠的设计依据和检验标准。
第一章农业物料的物理参数农业物料的外形大多是不规章的。
按其形态来说，有块体(如水果、块根等)、粒体 (如种子和谷粒等)、粉体(如面粉和饲料等)以及茎叶体等外形指数通常用圆度或球度来表示〔或推断〕某外形1. 圆度〔roundness 〕表示物体角棱的锐度，可说明物体在投影面内的实际外形与圆形之间的差异。
2. 球度(sphericity)它表示物体的实际外形和球体之间的差异程度。
定义外形系数为：ϕ ＝1.21/K种子、颗粒饲料或粉状饲料，称为散粒体或散体，细粒也称为粉体。
粒径—表示单个粒子在某种几何意义下的尺寸。
平均粒径―不同尺寸的粒子群在某种几何意义下的长度平均值。
粒度―是具有某一粒径的粒子在粒体群中所占的比例泰勒标准筛系列是以 45μ m 为起点，有二个序列，一个是根本序列筛比是,另一个是附加系列筛比是在 25.4mm 以上开孔，直接以开孔尺寸表示孔的大小，对25.4mm 以下的孔，用 25.4mm 长度上的编织丝的根数来描述孔的大小，称为“目”。
密度的定义物体每单位体积内所具有的质量称密度(g/cm3、kg/m3)。
依据体积测定方法不同，密度有不同的定义：1)容积密度〔bulk density 〕物料质量与其所占容器体积之比2)粒子密度〔particle density 〕物料质量与物料实际体积之比3)真密度〔true density 〕物料质量与除去物料内部孔隙后的物料体积之比事实上，水和其它物质的密度是随温度而变化的。
几乎在全部状况下，密度是随温度增加而下降的。
孔隙率：颗粒之间全部空隙体积与总体积之比。
孔隙比：孔隙体积与物料固体物质体积之比。
生物物料学复习要点
最新整理第一章基本物理参数1.形状和尺寸、评价方法、应用范围；生物物料形状和尺寸的主要应用。
评价方法1.图形比较法是将物料的纵剖面和横剖面的形状绘制成图并和标准图形进行比较，以确定物料的形状。
适用于较大的物料，如水果和蔬菜等2.用类似的几何体表示: 如物料的形状和球体、立方体、圆往体等一类规则几何体相类似时，则可用相类似几何体来表示物料的形状和尺寸。
3. 形状指数:形状指数是把物体的实际形状与基准形状，如球体和圆等，进行比较的一个物理量。
圆度(roundness) 是表示物体角棱的锐度。
它表明物体在投影面内的实际形状和圆形之间的差异程度。
球度是表示物体实际形状和球体之间的差异程度4.形状系数5.轴向尺寸6.粒径是用来表示粒状或粉粒状物料的形状和尺寸的一种方法。
粒径可表示为单个粒子的单一尺寸和表示诸多不同尺寸粒子组成的粒子的平均粒径。
7.曲率半径2.农业物料的密度定义、内涵；主要应用。
容积密度容积密度是把试料装入已知体积的容器内，测量装入容器内的物料质量，根据容器体积和物料质量求得的密度。
粒子密度根据物料实际体积（包括物料内部空洞）和质量求出的密度。
真密度又称固体密度, 它是把试料仔细粉碎除去物料内部空洞所占体积求得的密度。
3.农业物料表面积、孔隙率的概念；主要应用。
松散物料孔隙所占体积和整个物料所占体积之比为孔隙率。
松散物料孔隙体积和固体物质体积之比为孔隙比。
物料表面积的应用叶面积反映光合作用的强弱和生长速率烟叶的叶面积直接反映了产量的高低，研究植物土壤水养分的相互关系，确定农药杀虫剂的量水果的表面积在研究喷雾作用距离，喷雾残留物消除，冷却和加热过程中的热传导4.农业物料的水分和活性、吸湿和解吸的概念；生物物料含水率在贮藏与加工等方面。
水的活性 (water activity) 是指物料在平衡水分时的环境相对湿度 (ERH) ，也可定义为物料中水蒸气压 P 和相同温度时纯水蒸气压 P0 之比。
第二章固体农业物料的流变性质1.理想物料（弹性体、粘性体、塑性体）的流变特性、生物物料力与变形关系等理想弹性体图理想弹性体流变学特性不随时间变化2.粘弹性、应力松弛、蠕变概念，生物物料的粘弹性粘弹性：物料的应力、应变、应变速率与时间相关产生的特性，既有液体的特性，又有固体的特性，是两种特性的综合。
食品散粒体流动特性
1 内容提要组成散粒体的颗粒，可根据其粒径分为粗粒、细粒和粉体三类。
大宗的食品初级原料及半成品表现为散粒体(简称散体)。
散粒体可以是像谷子、砂糖，甚至红枣、苹果那样粒度较粗的物料，也可以是像面粉、白糖、奶粉等那样较细的粉体。
散粒体是由许多单个颗粒组成的颗粒群体。
散粒体的流动在工业生产中具有重要的意义，它影响物料贮存、定量、零售、装卸、控制以及整个加工运输系统的设计。
本章将介绍散粒体的振动特性、流动特性、应力特性等方面的散粒体的力学特性。
2 重点难点•散粒体的振动特性，摩擦角的类型及测定方法；•粘附与粘聚的区别与联系，粘附的原因；•散粒体变形模量的计算方法；•散粒体抗剪强度的测定与计算方法；•散粒体流动的特点及流动模型；•散粒体在浅仓和深仓内的静态压力分布的特点。
6.1 散粒体食品的振动特性机械传动影响粘性散粒体、非粘性散粒体以及颗粒物料的物理特性和动态性能，这是一个有广泛工程意义的课题。
众所周知，在某些条件下机械振动可使松散的粉体固结成密实状态，这个过程伴随着强度而增加，利用这些特性有助于在粉体的输送和处理过程中达到某些预定的目标。
物体和松散固体物料振动在工业上有相当广泛的应用，并且是多种多样的。
例如，在食品工业中很大程度上都需要以散料形式输送物料，这里所概括的原理是，振动使松散物料的强度减低，从而增加了它的流动性。
6.1.1 摩擦性1 摩擦的基本概念设计农产品加工机械、食品机械以及谷仓时，应了解物料与其接触表面的摩擦性能。
摩擦力是作用在一个平面内的力(在这个平面内包含有一个或一些接触点)，阴碍接触表面间的相对运动。
经典力学认为，摩擦力正比于正压力，其比例常数称为摩擦因数。
现代物理学认为，摩擦力由两部分组成，一为接触表面间凹凸不平的剪切力，一为克服表面粘附所需的力;摩擦力与实际接触面积成正比；因为滑动速度的不同，接触表面间产生的温度也不同，所以摩擦力与接触表面间的滑动速度有关；动摩擦力小于最大静摩擦力；摩擦力与接触物料的特性有关。
第五章 散粒体力学特性-5-2
考虑二维应力情 况 如 图 3-2 所 示 ， 己 知 x 和 y 面上的应力 σxx 及 切 应 力 τxy 和 σyy。
二 散粒物料的摩擦角 2 内摩擦角 （3） 散粒体的应力规定
由于散粒体在操作单元中 主要承受压缩作用，散粒体的 正应力规定为压应力为正，拉 应力为负。切应力规定为逆时 针为正，顺时针为负。图3-2表 示了散粒体正应力的方向。
①三轴压缩试验
试件的破坏面有各种形式
5
莫尔包络线可用下式表示为 τ= c+σtgφi 式中 τ——散粒体抗剪强度；
c——散粒体粘聚力； σ——破坏平面上的正应力； φi——内摩擦角。
莫尔包络线和水平线的夹角即为散粒物料的内摩擦 角φi.莫尔包络线即表示散粒物料的剪切强度。如果表 示物料内某点应力状态的莫尔圆落到莫尔包络线以下， 则这个点的剪切应力 是小于剪切强度，散粒物料不可能 产生破坏和流动。莫尔包络线相切的任意其尔圆表示一 个非稳定状态。在非稳定状态时，用切点表示的平面上 可能出现破坏。 散粒体的剪切强度和内摩擦角可直接用 图解法求出。它们的数值也可用莫尔圆方程直接求出。
总结上节 第四章 农业物料的流体动力学特性
第三节 两相流的概念及其在农业工程中的应用
一 农业物科的清选和分离
K
=
mg vt 2
=
1 2
CAρf
二 两相流的概念及其应用
K0
=
g vt2
=
CAρf 2m
从物理学的观点来看，这两种输送方法都是流体与固 体混合在一起的流动，统称为两相流。
总结上节
1 气力输送
图(b)表示该直角三角形的受力状态，垂直应力σx，σy 的下标 x，y 表示力的方向为 x 轴向、y 轴向。剪应力τxy， τyx下标的前一个字母表示受力面的垂直方向，后一个字母 表示剪应力方向。σ，σx，σy分别垂直于受力面，朝三角 形内侧的取正值，即为压缩应力。
农业物料学
农业物料学课程号：13120310课程名称：生物物料学课程英文名称：Physical Propeties of Bio-Materials周学时：1～1.5学时学分：1.5要紧教学内容：绪论总述第一章差不多物理参数第二章固体生物物料的流变特性第三章液体生物物料的流淌特性第四章生物物料的流淌力学特性第五章散粒物料的力学特性第六章生物物料的热学特性第七章生物物料的光学特性第八章生物物料的电学特性第九章生物物料的核磁共振， X 射线等反应特性选用教材或参考书：《Physical Propeties of Bio-Materials 》《农业物料学》周祖锷，中国农业出版社，1994 年5 月教学大纲一、课程的教学目的和差不多要求《生物物料学》是生物系统工程专业的重要专业基础平台课程之一。
它是运用近代物理学理论、技术和方法，研究农业物科物理性质以及各个物理因子和生物物料相互作用的一门边缘学科。
它是物理学、工程学科和生物学各学科之间的桥梁，也是生物系统工程学科的基础。
它的任务是为学生学习有关专业课以及今后从事科研、教学、生产和开发工作建立比较牢固的生物物料物理特性差不多理论研究基础。
通过本课程的学习，学生应把握生物物料物理特性研究的差不多理论、差不多知识和差不多技能，在分析咨询题和解决咨询题的能力上有所提升。
为了完成和达到《生物物料学》的教学任务和要求，在整个教学环节中，要专门注意培养学生的独立摸索能力。
教学内容宜以物料物理特性研究为主线，加大机械学、热学、电学、光学、声学等等差不多理论和差不多知识的教学与训练。
使学生能牢固和熟练地把握和应用它们。
只有把握足够的基础知识，才能学好理论。
必须重视差不多技能和实验技术的训练。
二、有关教学环节安排为实现大纲的差不多要求，制造条件采纳 CAI 、多媒体等先进教学手段。
本大纲的部分内容能够而且应该由学生通过自学、作业和练习等方法获得。
课堂讲授以解决重点、难点及关键咨询题为主，着重调动学生的思维主动性，指导学生自学。
第五章 散粒物料的力学特性 (1)
物料在克制其与接触外表的摩擦力之前，不能够发生 相对运动。而一旦末尾运动，摩擦力会相应减小。作用 在相对运动外表间的摩擦力为静摩擦力，作用在相对运 动外表间的摩擦力为动摩擦力。动摩擦力小于最大静摩 擦力。
库仑定律：f F N
fs：静摩擦系数； fk：动摩擦系数
库仑定律以为摩擦力与接触面积、滑动速度有关
第二节 活动特性
一、散粒物料在料仓和料斗内的重力活动方式 料仓和料斗是处置散粒物料的主要装备。料仓应能容
纳一定体积的物料并以规则的速率在所要求的时间内排 料。料仓设计不合理将会招致活动中缀、扰动流并构成 死区和离析等效果。
散粒物料在料仓和料斗内的活动状况不但受物料自身 的物理特性，如粒度、密度、摩擦特性、粘聚性的影响， 而且和料斗的尺寸、锥顶角等有关。物料活动进程十分复 杂，基本上有两种方式，即全体流和漏斗流。
，其大小取决于物料的性质。
➢ 现代摩擦实际以为：摩擦力是作用在一个平面内的力。 在这个平面内只要少数几个接触点，同时还会有假定干 复杂的凸凹啮合。真实接触面积很小，故实践接触压力 极大。因此，物料在接触处会发作塑性活动或粘协作用 。
➢ 摩擦力与实践接触面积成正比，并与所接触物料的特性 有关。它由两局部组成，一局部是剪切接触外表凸凹不 平所需的剪切力，另一局部是克制接触外表之间的粘附 和粘聚所需的力。
➢ 散粒物料的摩擦特性可用滑动摩擦角、滚动动摇角、休 止角和内摩擦角来表述。滑动摩擦角、滚动动摇角是反 映物料与接触固体外表间的摩擦性质，而休止角与内摩 擦角那么反映物料间的内在摩擦性质。
二、滑动摩擦角
基本概念: 滑动摩擦角φ表示散粒物料与接触固体相对 滑动时,散粒物料与接触面间的摩擦特性,其正切值为 滑动摩擦系数。 滑动摩擦角和滑动摩擦系数的测定方法常有两种:
第五章散粒物料的力学特性
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为了测量水果表面积，可把水果皮削成窄条，然后 把这些窄条所画的面积求积，即为水果实际表面积。水 果实际表面积也可用以下各种方法估算，并将其结果和 测定值进行比较。 (1) a>b>c的椭球表面积，
(2) 最大横向截面积
(3) 纵向截面积
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第五节 农业物料的含水量
研究农业物料含水量的意义：
(1) 农业物料和食品中都含有一定的水分。 (2) 水是维持动、植物生存必不可少的物质之一。 (3)农业物料中水分不仅是影响物料其它所有物理特性最重 要的成分，而且它还影响食品的风味，腐败和发霉。农业物 料含水量对其鲜度、硬软性、流动性、呈味性、保藏性和加 工性等许多方面有着极为重要的关系。
农业物料中含有的水可分为两种：
椭圆形 —— 接近于椭球体，
平头形 —— 顶端和柄端两处是方形或扁平的；
5
一、图形比较法
形状 定义
不对称 —— 两半大小不相等； 肋 形 —— 在横剖面内其边是角形的； 规 则 —— 在横剖面内形状类似于圆；
不规则 —— 在横剖面内形状是不规则的，与圆相比其
差异较大。 物体实际形状和标准图形进行直观比较是一种非常 简单的方法。但由于这是一种主观的评定，所以不同 观察者往往会得出不同的结果。另外，这种方法不能 用具体的数值加以表示，使用起来很不方便。
三、形状指数
（二）球度（Sphericity）:表示物体实际形状和球体之间的 差异程度，定义如下：
SP
de
dv
12
三、形状指数
球度表达式表示了以相同体积球体为基准的物体形状特征。 假定物体的形状为三维椭球，它们和三个坐标轴的截距分 别为a 、b、c，外接球的直径是椭球的最大截距a，则球度可定 义为: 由此式可知，三维椭球的 球度为三个轴向尺寸的几何 a ---- 最大截距 b ---- 垂直于a的最大截距 平均值与最大轴向尺寸之比 c ---- 垂立于a和b的最大截距 值。经测定表明，苹果、桃 这些截距不需要彼此相交于一点。 子和梨等水果的球度为89— 97％。球度数值愈大，说明 物体形状愈接近于球体。
第五章颗粒物理
岩盐
为什么颗粒直径越小的晶体熔点就越低？(从饱和蒸汽 压和能量变化来解释)
饱和蒸汽压：温度一定时，使液体不转化为气体所需的最低压力。 或者说，温度一定时，当外界压力低于某一临界值时，液体就会转化 成蒸气。因此，液体所具有的饱和蒸气压越大，液体就越容易被蒸发 （1）小液滴和小晶体的饱和蒸气压 液体在一定温度下，平衡蒸气压是一定的，这是对宏观的水平液 面而言的。当液体成为液滴时，其饱和蒸气压和液滴尺寸有关。小液 滴的饱和蒸气压高于大液滴。其关系式就是著名的开尔文方程：
T f D D －－德拜比热函数，f D D = 3 T T D x=
e - 1 dx, ,
x 2
ex x4
h RT N A－－阿伏加德罗常数，N A = 6.023 1023 / mol T－－温度，K k－－玻耳兹曼常数，k = 1.381 10- 23 J / K h－－普朗克常数， h = 1.055 10- 23 J s
小液滴的饱和蒸气压要高于大液滴的饱和蒸气压。换 句话说：液滴越小，饱和蒸气压值越高，其蒸发速度 也就越快。 比如粉体技术中的喷雾干燥就是利用该原理.借助喷雾 器，把浆料喷成雾状，由于颗粒极细小，其中水份的 饱和蒸气压大，它与热空气汇合时，能很快干燥 用此原理，同样可以表明：细小晶体的饱和蒸气压也 恒大于大块晶体的饱和蒸气压。而晶体蒸气压的大小， 直接影响其熔点。 颗粒的尺寸越小，其熔点越低.
2 颗粒热力学方程 块状体变为颗粒体后，表面能随之增大，表面效应显著， 相应的微分形式为：
dU = TdS - PdV + dA dH = TdS + VdP + dA dF = - SdT - PdV + dA dG = - SdT + VdP + dA A 为表面积。表面能 A 式中， 为表面张力；
第五章 散粒体力学特性-5-4
2 散粒体的流动函数 落粒拱存在自由表面，并且在自由表面上既无切应力也
无正应力，根据切应力互补原理，在与自由表面相垂直的表 面上只有正应力而无切应力。取含自由表面的一微元体如所 示，可以看出此正应力也是使拱破坏的最大正应力。这一最 大正应力是散粒体的物性，称为物体的无围限屈服强度。
考虑如所示物体开始流动时的库仑曲线，由于在落粒拱的 自由表面上既无切应力也无正应力，所以图中的坐标原点是落 粒拱自由表面的应力状态。则与落粒拱自由表面相垂直的表面 对应于σ轴上某一点，根据库仑定律，当过原点的莫尔应力圆 与库仑曲线相切时，粉体开始流动，即落粒拱破坏。所以，散 粒体的无围限屈服强度对应于该莫尔圆与σ轴的交点，如图所 示。
1 整体流 若散粒物料在料仓或流斗内能象液体那样在不同高度上同时 均匀全部地向下流动，则称为整体流，也称为质量流动。整 体流动时无论中心部分还是靠料斗壁处的物料都充分流动， 先装进的物料先流出来，使物料迅速排空而 无死区存在。
2 漏斗流 如果散粒物料在料仓和料斗的中心部分产生漏斗状的局部
流动，而周围其它区域的物料停滞不动，则称为中心流或漏斗 流。漏斗流流动时，先装进去的物料后流出来，漏斗状通道周 围的静止物料形成死区，减少了料仓的有效空间。在狭窄的漏 斗状通道中流动不稳定，速度不均匀，容易在料斗内“结拱”， 引起流动中断。
落粒拱 散粒物料在料仓或料斗排料过程中，散粒体堵塞在排
料口处，在排料口上方形成拱桥或洞穴。前者称为结拱， 后者称为结管。
流动过程
很早以前，人们就采用在散粒体容器出口的纵断面上装 设玻璃，容器内层状地填充着染色粒子的方式，对重力作用 下的散粒体的流动进行了研究。尤其，Kvapil对方格状堆积的 粒子重力流动进行过详细的观察。染色粒子所呈现的流出断 面的型式即流型为排出口的正上方部分先流出；然后逐渐扩 大流动范围，流动范围之外的部分静止不动。
第五章 散粒体力学特性-5-1
（2） 测量方法
（3） 影响因素
它与散粒体颗粒的尺寸、形状、水分含量、排列方向等都 有关。休止角越大的散粒体，内摩擦力越大，散落能力越小。
休止角与粒径大小有关，粒径越小，休止角越大，这是 因为微细粒子相互间的粘附性较大。粒子越接止角(°) 谷物种类 休止角(°)
稻谷
小麦 大麦 玉米 油菜籽
35～55
27～38 31～45 29～35 20～28
小米
大豆 豌豆 蚕豆 芝麻
21～31
25～37 21～31 35～43 24～31
2
对于球形颗粒，散粒体的休止角较小，一般在23°～ 28°之间，散粒体的流动性好。规则颗粒的休止角约为 30°，不规则颗粒的休止角约为35°，极不规则颗粒的休 止角大于40°，物体具有较差的流动性。
二 散粒物料的摩擦角 2 内摩擦角 （4） 莫尔应力圆
求微元体逆时针旋 转θ角(如图3-3所示)后 u和v面上的应力σuu及 切应力τuv和σvv。
取如图3-3所示的三角元，设v面的面积为单位面积．则 x和y面的面积分别为sinθ和cosθ。
（4） 莫尔应力圆 求微元体逆时针旋
转θ角(如图3-3所示)后 u和v面上的应力σuu及 切应力τuv和σvv。
散粒体一般具有下列特征：①摩擦性；②流动性；③在一定 范围内其形状随容器形状而变；④对挡护壁面产生压力；⑤不能 抵抗拉力；⑥抗剪切能力取决于所受的垂直压力；⑦颗粒间存在 间隙，可以充填空气、水或胶质；⑧粉尘爆炸性。
第一节 摩擦性
一 摩擦的基本概念
第五章 散粒体力学特性-5-5
式中：σ1－散粒体预压实应力。
3 料斗的流动条件
料斗本身的流动条件或流动性用流动因素 ff 表示：
ff = σ1 σa
式中：σa－散粒体结成稳定拱的最小拱内应力； σ1－散粒体的预压应力。
4 最小排料口尺寸
具有重度为γs的散粒物料流出孔口时，拱形物料受力 如图所示。
对于长槽孔：
B ≥(p/γs)
对于圆孔：
7.3
7.89
0.45
压力比 K
0.44
休止角
Φ r
(o)
29.8
19.3
7.02
0.59
0.34
41
试求小麦含水率从19.3％降到7.3％时谷粒对料仓侧压力的变
化。
第五节 粉尘爆炸
一 粉尘的定义
凡是呈细粉状态的固体物质均称为粉尘。浮在空气中的 粉尘叫悬浮粉尘；沉降在固体壁面上的粉尘叫沉积粉尘。
现已发现以下七类物质的粉尘具有爆炸性：金属（如镁 粉、铝粉）；煤炭；粮食（如小麦、淀粉）；饲料（如血 粉、鱼粉）；农副产品（如棉花、烟草）；林产品（如纸 粉、木粉）；合成材料（如塑料、染料）。
五 粉尘爆炸的特点
① 具有二次爆炸的可能。粉尘初始爆炸的气浪可能 将沉积的粉尘扬起，形成爆炸性尘云，在新的空 间再次产生爆炸，这叫二次爆炸。这种连续爆炸 会造成严重的破坏。
②粉尘爆炸感应期长，达数十秒，为气体的数十 倍。
③ 粉尘爆炸可能产生两种有毒气体；一种是一氧化 碳，另一种是爆炸物质（如塑料等）自身分解产 生的毒性气体。
三 防止成拱的方法
⑦ 在排料口上方插入椎体（图中 f），以减小排料口承受物料的压 力。
⑧ 将壁面作成抛物线形的曲面（图 中g），以使物料顺利滑落。
第五章 散粒体力学特性-5-3
参数之一。
力G、滚动阻力系数 e 成正比。
F ⋅b−G⋅e = 0
当表面变形很小时，b≈r，所以:
e = F⋅r G
F = eG r
式中：F——滚动阻力； e——滚动阻力系
数。
4 滚动稳定角 （2） 测量
滚动稳定角可用斜面仪测定。物料在斜面上开始下滚时的 斜面倾角为滚动的静态稳定角；物料在斜面上匀速下滚时的 斜面倾角为滚动的动态稳定角。滚动稳定角和物料形状、尺 寸、质量以及接触表面性质有关。
料层间的摩擦特性，休止角则表示单粒物料在物料堆上 的滚落能力，是内摩擦特性的外观表现； ③ 数值不同。对质量和含水率近似的同类物料，休止角始 终大于内摩擦角，且都大于滑动摩擦角。对于缺乏粘聚 力的散粒物料如砂子等，其休止角等于内摩擦角 。
二 散粒物料的摩擦角 1 休止角
2 内摩擦角
3 壁面摩擦角和滑动摩擦角
（1） 定义
壁面摩擦角表示散粒物料层与接触固体壁面的摩擦特性 滑动摩擦角(又称为自流角)则表示每个粒子与壁面的摩擦特 性。
（2）测量方法
3
f = 1 ln( F2 ) α F1
式中：α——包角；
F1——给定力； F2——转动圆筒测定力。
滑动摩擦系数 与正压力无关， 受滑动速度影响 也很小，但物料 含水量对其影响 较大，因摩擦表 面存在水分时增 加了粘附作用， 而使摩擦力增 加。
Molerus II 类散粒体具 有一定的团聚性、可压缩性 和流动性，且流动性与预压 缩应力无关。即在散粒体储 存与输送的单元操作中，散 粒体的流动性与散粒体加料 的过程与方式无关。当散粒 体的储存与输送设备堵塞发 生时，可通过敲打与振动的 方式解决堵塞问题。
粘聚力不为零且与预压缩应力有关的粉体称为Molerus III类 散粒体。通常Molerus III类粉体的内摩擦角也与预压缩应力 有关，所以Molerus III类散粒体的流动条件在(τ,σ)坐标中 是与预压缩应力有关的曲线族。与预压缩莫尔应力圆相切的 曲线称为有效流动曲线，它与σ轴的夹角为有效内摩擦角。
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四、休止角
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四、休止角
散粒物料的休止角与其形状、尺寸、含水率等有关。对于 同一种物料，粒径愈小休止角愈大。这是由于细小的粒子之 间相互粘附性较大的缘故。粒子愈接近于球形，其休止角愈 小。
物料的休止角随含水率增加而增大，这是因为每个粒子被 潮湿的表层包围，使其内摩擦力和粒子间吸附作用增加。表 为几种物料的休止角随含水率的变化。
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五、内摩擦角
农业物料的内摩擦角是 与其粒径、表面状态、含 水率、孔隙率等因素有关。 一般来说，同一种物料的 内摩擦角随孔隙率的增大 而呈线性减小，随含水率 增加而增大。
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五、内摩擦角
休止角和内摩擦角的联系与区别：
休止角和内摩擦角都反映了散粒物料的内摩擦特性，但 两者概念不同。内摩擦角反映散粒物料层间的摩擦特性， 休止角则表示单粒物料在物料堆上的滚落能力，是内摩擦 特性的外观表现。在数值上，对质量和含水率近似的同类 物料，休止角始终大于内摩擦角，且都大于滑动摩擦角。 对于缺乏粘聚力的散粒物料如砂子等，其休止角等于内摩 擦角。
➢ 摩擦力与实际接触面积成正比，并与所接触物料的特性有 关。它由两部分组成，一部分是剪切接触表面凸凹不平所需 的剪切力，另一部分是克服接触表面之间的粘附和粘聚所需 的力。
➢ 散粒物料的摩擦特性可用滑动摩擦角、滚动稳定角、休止角 和内摩擦角来表述。滑动摩擦角、滚动稳定角是反映物料与 接触固体表面间的摩擦性质，而休止角与内摩擦角则反映物 料间的内在摩擦性质。
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三 滚动稳定角
基本概念:物料在斜面上开始下滚时的斜面倾角为滚动的 静态稳定角；物料在斜面上匀速下滚时的斜面倾角为滚 动的动态稳定角。 ➢滚动稳定角和物料形状、尺寸、质量以及接触表面性质 有关。下表为苹果和西红柿在各种表面上的滑动摩擦系 数和滚动稳定角。
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四、休止角
基本概念:休止角指散粒物料从一定高度自然连续地下落到平 面上时，所堆积成的圆锥体母线与底平面的夹角，用φr表示。 ➢ 它反映了散粒物料的内摩擦持性和散落性能。当位于圆锥 体斜面上的物料，它的重力沿斜面分力等于或小于物料间的 内摩擦力时，则物料粒子在斜面上静止不动。因此，休止角 愈大的物料，内摩擦力愈大，散落性愈小。下表列举了主要 作物种子和谷粒的休止角。
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整体流：若散粒物料在料仓或流斗内能象 液体那样在不同高度上同时均匀全部地向 下流动，则称为整体流。整体流动时无论 中心部分还是靠料斗壁处的物料都充分流 动，先装进的物料先流出来，使物料迅速 排空而无死区存在。
漏斗流：如果散粒物料在料仓和料斗的中 心部分产生漏斗状的局部流动，而周围其 它区域的物料停滞不动，则称为中心流或 漏斗流。漏斗流流动时，先装进去的物料 后流出来，漏斗状通道周围的静止物料形 成死区，减少了料仓的有效空间。在狭窄 的漏斗状通道中流动不稳定，速度不均匀， 容易在料斗内“结拱”，引起流动中断。
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二、滑动摩擦角
滑动摩擦系数与正压力无关，受滑动速度影响也很小， 但物料含水量对其影响较大。
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二、滑动摩擦角
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三 滚动稳定角
基本概念:滚动稳定角 φs ,反映单粒柱状、球形或类似球形物 料与所接触表面的滚动摩擦待性。 ➢它是物料输送机械、清选机械等重要设计参数之一。
滚动阻力系数与接触表面的刚性有关，表面愈硬，滚动阻力系数愈小。
库仑定律：f F N
fs：静摩擦系数； fk：动摩擦系数
库仑定律认为摩擦力与接触面积、滑动速度无关，
其大小取决于物料的性质。
4
➢ 现代摩擦理论认为：摩擦力是作用在一个平面内的力。在这 个平面内只有少数几个接触点，同时还会有若干复杂的凸凹 啮合。真实接触面积很小，故实际接触压力极大。因此，物 料在接触处会发生塑性流动或粘合作用。
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第二节 流动特性
一、散粒物料在料仓和料斗内的重力流动形式 料仓和料斗是处理散粒物料的主要装备。料仓应能容
纳一定体积的物料并以规定的速率在所要求的时间内排 料。料仓设计不合理将会导致流动中断、扰动流并形成 死区和离析等问题。
散粒物料在料仓和料斗内的流动情况不但受物料本身 的物理特性，如粒度、密度、摩擦特性、粘聚性的影响， 而且和料斗的尺寸、锥顶角等有关。物料流动过程十分复 杂，基本上有两种形式，即整体流和漏斗流。
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二、滑动摩擦角
基本概念: 滑动摩擦角φ表示散粒物料与接触固体相对滑
动时,散粒物料与接触面间的摩擦特性,其正切值为滑动 摩擦系数。 滑动摩擦角和滑动摩擦系数的测定方法常有两种:
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二、滑动摩擦角
用于测定单根纤维，如羊毛、 棉花等物料的滑动摩擦系数。 把单根纤维绕在包有摩擦表面 的旋转圆筒B上，包角为α。由 给定力F1和圆筒转速测定F2 。 用下式算出滑动摩擦系数：
第五 散粒物料的力学特性
基本定义:散粒物料是由许多松散、分离、形状尺 寸差不多的颗粒所组成的群体，又称散粒体。
学习散里粒物料力学特性的意义： 为了合理地设计各种农业机械、农产品加工机
械、谷仓及其它贮存设备，必须了解散粒物料的力 学特性。它主要包括摩擦特性、流动特性以及物料 对容器的压力等。
2
主要内容：
第一节 摩擦特性 第二节 流动特性
3
第一节 摩擦特性
基本概念：当散粒物料之间以及物料和所接触的固体表 面间发生相对运动或有运动趋势时，均存在有阻碍运动 的力，把这一阻碍运动的力称作摩擦力。
➢ 物料在克服其与接触表面的摩擦力之前，不可能产生 相对运动。而一旦开始运动，摩擦力会相应减小。作用 在相对静止表面间的摩擦力为静摩擦力，作用在相对运 动表面间的摩擦力为动摩擦力。动摩擦力小于最大静摩 擦力。
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五、内摩擦角
基本概念:内摩擦角φi是反映散粒物料间摩擦特性和抗剪强度， 它是确定贮料仓仓壁压力以及设计重力流动的料仓和料斗的 重要设计参数。 ➢ 如果把散粒物料看成一个整体，在其内部任意处取出一 单元体，此单元体单位面积上的法向压力可看作该面上的 压应力，单位面积上的剪切力可看作该面上的剪应力。 ➢ 物料沿剪切力方向发生滑动，可以认为整体在该处发生流 动或屈服。即散粒物料的流动可以看成与固体剪切流动破坏 现象相类似。这样，就可以应用莫尔强度理论来研究散粒物 料的抗剪强度，进而得出确定内摩擦角的理论和方法。