粉体力学

颗粒:人工或天然制成的粒状物。一般指固体颗粒。粉体:大量具有相互作用的微小固体颗粒的集合体。

粉体的特点：1、具有固体的抗变形能力；2、具有与液体相类似的流动性；3、粉体不是连续体，受压后体积缩小类似气体性质。

粉体的种类：按成因分类：自然粒体、工业粉尘、人工粒体；按粒度大小分类：粗粒、细

化学活性。可塑性能好：没有固定的外形。流动性好：便于输送、储存、混合、成型等单元操作。物化性质：电、磁、光、声、热；吸附、湿润；溶解；燃烧。

粉粒体：颗粒（＞100 μm）；粉体（1～100μm）；超细粉体（0.1～1μm）；纳米粉体（＜0.1μm）。

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。

尺寸分布的概念：原因：粉体是有不连续的微粒组成，属于多分散系统。因此粉体颗粒的粒径不是单一的，通常会在一定范围内连续取值。即颗粒的大小服从统计学规律。粉体的力学性能，不仅与其平均粒径的大小有关，还与各种粒径的颗粒在粉体中所占的比例有关。为了表示粉体中颗粒大小组成情况，必须要用粒度分布的概念。定义及意义：描述粒径分布的状态。通常是指某一粒径的颗粒在整个粉体中所占的比例。有了粒度分布的数据，就不难求出这种粉体的某些特征值，如平均粒径等从而可以对成品粒度进行评价。

尺寸分布的基准：1．作为分散系统的粉体，其颗粒的大小服从统计学规律。单个颗粒的粒径是在某一范围内随机取值，对整个粉体，可以用采样分析的方法来测量粒度分布。（频率分布与累积分布）2．尺寸分布可以取个数、长度、面积、体积（或质量）等4个参数中的一个作为基准。粒度分布的基准取决于粒度分布的测定方法。如用显微镜法测定粒径分布时常用个数基准；用沉降法时用质量基准。

测量/描述方法：将连续的粒度分布范围分成多个离散的粒级，测出各粒级中颗粒的个数或质量百分数。显微镜法；计数器法：个数分布数据。筛分析法；沉降法：个数分布数据；数学函数法：概率理论或近似函数的经验法寻求数学函数，以描述粒度分布。

中位粒径D50：粉体物料的样品中，把样品的个数（或质量）分成相等两部分的颗粒粒径。最频粒径Dmod：频率分布坐标图中，纵坐标最大值对应的粒径。即在颗粒群中个数或质量出现概率最大的颗粒粒径。若f(Dp)已知，令f(Dp)的一阶导数为零，可求出Dmod。若D(Dp)或R(Dp)已知，其二阶导数为零，可求出Dmod。

标准偏差：分布的标准偏差，即粒径Di对平均粒径的二次矩的平方根。它反映分布对D平的分散程度。分布函数中的两个参数D平和 完全决定了粒度分布。

粉体密度的概念：粉体的密度系指单位体积粉体的质量。由于粉体的颗粒内部和颗粒间存在空隙，粉体的体积具有不同的含义。粉体的密度根据所指的体积不同分为真密度、表观密度、松密度三种。ρ真=ρ表/(1-e)

概述：由于颗粒的形状多为不规则体，因此用一个数值去描述一个三维几何体的大小是不可

能的。对于一个形状极其复杂的颗粒来说，用一个数值去直接描述它们的大小就更不可能了。那么，怎样仅用一个数值描述一个颗粒的大小？这是粒度测试的基本问题。取样方法

测试方法的种类：筛分法；显微镜法；库尔特计数法；沉降法；空气透过法，气体吸附法。

形状系数：粒径相同的颗粒，形状不相同，其表面积、体积也相同，因此，颗粒的表面积、体积与其粒径之间的数量关系，在一定的程度上可以反映颗粒的形状。另外，颗粒的表面积、体积是与某一特征尺寸（粒径）的平方、立方成正比的，这个比例系数就可定义为颗粒的形状系数。注意：①粒径的定义和粒径的测量方法②单个颗粒的形状系数与整个颗粒群的形状系数的区别。③形状系数为一个修正系数，用来衡量实际颗粒与球形颗粒不一致的程度。形状指数：利用颗粒本身的各种粒径以及表面积等数据进行各种无因次的组合，或与球形颗粒进行比较而定义的表示颗粒形状的各种指标称为形状指数，其本身并不具有特定的物理意义。根据不同的使用目的，可选择相应的形状指数来表示颗粒的形状。常用的形状指数有：

自由沉降与沉降速度：颗粒-流体体系一定，ut一定，与之对应的Rep 也一定。根据对应的Rep，可得到不同Rep范围内ut 的计算式：

()

2

18p p t

g

d u ρρμ-=()

0.60.27p p

p t g d Re u ρρρ-=⨯

()

1.74p p t g

d u ρρρ-=⨯

(1) Rep <2，层流区(斯托克斯公式) (2) 2

沉降分离满足的基本条件为 T ≥T t 或 降尘室的生产能力为 理论上降尘室的生产能力只与其沉降面积bl 及颗粒的沉降速度ut 有关，而与降尘室高度无关。故降尘室应设计成扁平形，或在室内均匀设置多层水平隔板，构成多层降尘室。

多层降尘室生产能力：VS ≤(n+1)ut ·lb )(1取整-≥

∴t S blu V n 1

+=n H

h 隔板间距： 沉降速度ut 应按需要分离下来的最小颗粒计算；气流速度u 不应太高，以免干扰颗粒的沉

降或把已经沉降下来的颗粒重新卷起。为此，应保证气体流动的雷诺准数处于滞流范围之内；降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大，分离效率低，通常仅适用于分离直径大于50μm 的颗粒，用于过程的预除尘。多层降尘室虽能分离细小的颗粒，并节省地面，但出灰麻烦。

降尘室的计算：设计型：已知气体处理量和除尘要求，求降尘室的大小；操作型：用已知尺寸的降尘室处理一定量含尘气体时，计算可以完全除掉的最小颗粒的尺寸，或者计算要求完全除去直径dp 的尘粒时所能处理的气体流量。

固体颗粒容易聚集在一起，尤其是细颗粒——颗粒之间存在附着力；粉体的摩擦特性、流动性、分散性、可压缩性等分子间的范德华力、颗粒间的范德华力、附着水分的毛细管力、颗粒间的静电力、磁性力、颗粒表面不平引起的机械咬合力。

颗粒间 液相状态

摆动状态 链索状态 毛细管状态 浸渍状态

摆动状态：颗粒接触点上存在透镜状或环状的液相，液相互不连续；链索状态：随着液体量增多，环张大，颗粒空隙中的液相相互连结成网状，空气分布其中；毛细管状态：颗粒间的所有空隙被液体充满，仅在粉体层表面存在气液界面；浸渍状态：颗粒群浸在液体中，存在自由液面

空气中颗粒团聚的主要原因是什么？什么作用力起主要作用？非常干燥条件下又是什么作用力其主要作用？团聚：颗粒在气相或液相中，颗粒间的作用力远大于颗粒的重力而形成聚合状态。在空气中，颗粒的团聚主要是毛细力造成的。在干燥条件下由范德华力引起的。 颗粒在空气中和液体中分散的主要途径有哪些？颗粒在空气中分散：机械分散、干燥分散、表面改性、静电分散。颗粒在液体中的分散：介质调控、分散剂调控、超声调控和机械调控。 粉体流动所形成的角度，是表征粉体力学行为和流动状况的重要参数。由于颗粒间的摩擦力和内聚力形成的角度统称为摩擦角。

根据颗粒群运动状态的不同，分为安息角/休止角：安息角越小，粉体的流动性越好。内摩擦角、壁面摩擦角、运动摩擦角。 内摩擦角：库仑定律 µC －粉体的摩擦系数（内摩擦系数）； c －初抗剪强度；c = 0 时，为“简单库仑粉体”。

t u h

u l ≥t

s blu V =C c τμσ=+