沉降法粒度检验基本知识Stokes定律

实验二十一固体物质粒度分布测定

实验二十一固体物质粒度分布的测定一、目的要求1. 掌握斯托克斯(Stokes)公式。

2. 用离心沉降法测定颗粒样品直径大小的分布。

3. 了解粒度测定仪的工作原理及操作方法。

二、实验原理溶胶的运动性质除扩散和热运动之外，还有在外力作用下溶胶微粒的沉降。

沉降是在重力的作用下粒子沉入容器底部，质点越大，沉降速度也越快。

但因布朗运动而引起的扩散作用与沉降相反，它能使下层较浓的微粒向上扩散，而有使浓度趋于均匀的倾向。

粒子越大，则扩散速度越慢，故扩散是抗拒沉降的因素。

当两种作用力相等的时候就达到了平衡状态，这种状态称为沉降平衡。

在研究沉降平衡时，粒子的直径大小对建立平衡的速度有很大影响，表21-1列出了一些不同尺寸的金属微粒在水中的沉降速度。

表21-1 球形金属微粒在水中的沉降速度由上表可以看出，对于细小的颗粒，其沉降速率很慢，因此需要增加离心力场以增加其速度。

此外，在重力场下用沉降分析来做颗粒分布时，往往由于沉降时间过长，在测量时间内产生了颗粒的聚结，影响了测定的正确性。

普通离心机3000r·min -1可产生比地心引力大约2000倍的离心力，超速离心机的转速可达100～160kr·min -1，其离心力约为重力的100万倍。

所以在离心力场中，颗粒所受的重力可以忽略不计。

在离心力场中，粒子所受的离心力为x r 203)(34ωρρπ-，根据斯托克斯定律，粒子在沉降时所受的阻力为t x rd d 6πη。

其中r 为粒子半径；ρ、ρ0分别为粒子与介质的密度；ω2x 为离心加速度；tx d d 为粒子的沉降速度。

如果沉降达到平衡，则有： x r 203)(34ωρρπ-＝dtdx r πη6 (1) 对上式积分可得：⎰-21d )(34203t t t r ωρρπ＝⎰21d 6x x xx r πη (2) 1212202ln 9)()(2x x t t r ηωρρ=-- (3) )()(ln29122012t t x x r --=ωρρη (4) 以理想的单分散体系为例，利用光学方法可测出清晰界面，记录不同时间t 1和t 2时的界面位置x 1和x 2，由(4)式可算出颗粒大小，并根据颗粒总数算出每种颗粒占总颗粒的百分数。

stokes定律

斯托克斯定律(Stokes Law，1845)是指与粘滞力相比，惯性力可以忽略的情况下斯托克斯导出的阻力表达式。

因为气溶胶粒子小、运动速度低，大部分气溶胶粒子的运动属于低雷诺数区，所以斯托克斯阻力定律广泛用于气溶胶研究。

与牛顿阻力定律相对应，经常把斯托克斯阻力定律可以应用的区间称为“斯托克斯区”，把能应用斯托克斯定律得粒子称为“斯托克斯粒子”。

斯托克斯定律对研究大气质点的沉降以及大气颗粒物（气溶胶）采样器的设计都是很有用的。

斯托克斯定律实验的操作技巧

斯托克斯定律实验的操作技巧斯托克斯定律是流体力学中一项重要的实验定律，其通过测量细长颗粒在粘稠流体中沉降的速度来推导出颗粒的大小和流体的粘度。

这个实验可以在普通的实验室环境下进行，具有一定的难度和技巧。

以下是斯托克斯定律实验的一些操作技巧。

首先，为了保证实验结果的准确性，我们需要准备好实验所需的仪器和材料。

主要包括：一个透明的长直筒，用来装载粘稠流体；一些细长而均匀的颗粒，如沙子或者小米；一支透明的尺子或者刻度尺，用来测量颗粒的沉降高度；一份具体且详细的实验记录表格，用来记录每次实验的数据。

在实验开始前，我们需要先将筒子清洗干净，并确保其内部无杂质。

接着，我们将粘稠流体倒入筒子中，注意不要让气泡进入流体中，否则会影响实验的准确性。

然后，我们需要将细长颗粒轻轻地倒入筒子中，避免颗粒在流体中受到过多的扰动。

在进行实验的过程中，我们需要注意控制实验环境的稳定性。

首先，我们要保持实验室的温度和湿度相对稳定，避免温度和湿度的变化对实验结果产生影响。

其次，我们要保持实验台面的平稳，以减小颗粒沉降时受到的外界振动。

为了准确记录实验数据，我们需要使用透明的尺子或者刻度尺来测量颗粒的沉降高度。

测量时，要尽量减小误差，可以反复测量多次并取平均值，同时要注意测量时尺子与颗粒的平行度。

为了更加精确地测量沉降高度，我们可以在筒子内部刻上一系列等距的标记，以供尺子参考。

在实验结束后，我们需要进行数据分析和结果的计算。

根据斯托克斯定律的表达式，可以通过测量得到的沉降速度和已知的流体粘度来计算出颗粒的直径。

在计算过程中，要注意单位的换算和计算公式的正确使用，以确保计算结果的准确性。

在进行斯托克斯定律实验时，我们还可以探索一些改进的方法，以提高实验的准确性和精度。

例如，我们可以使用更加精密的仪器来测量颗粒沉降速度，如高速相机或者激光测速仪。

我们还可以采用不同尺寸和形状的颗粒进行实验，以研究其对流体流动的影响。

总之，斯托克斯定律实验是一项重要的流体力学实验，其操作技巧对于确保实验结果的准确性和可靠性至关重要。

沉降式粒度仪的测试原理

TZC-4粒度测定仪（沉降天平）的测试原理
根据斯托克斯定理，粉尘颗粒在沉降过程中，发生颗粒分级，因而静止的沉降液的粘滞性对沉降颗粒起着摩擦阻力作用，按公式计算：
r = I 9n / [2 g （丫 k -丫 t ）] • （H / t ）
当测出颗粒沉降至一定高度 H 所需之时间t 后，就能算出沉降速度V 、颗粒半径r 。

所谓沉降分析法就应用此理论来求得颗粒分布情况。

仪器使用时，只要将被测定物（3 ~10 g ,或根据试样性质和经验确定试样量）烘干后放在500C.C 的沉降液中经搅拌后进行测试。

计算机自动记录沉降曲线，然后据此计算颗粒大小、平均粒径、中位径、比表面积、平均误差；颗粒分布分析；计算结果、图表打印等。

采用自然沉降原理，测定1-260um 之间的颗粒大小及分布。

TZC-4型沉降式粒度仪由高精度电子天平和计算机数据处理系统组成，自动记录颗粒沉降的全过程，进行各种计算，打印数据，图表。

经典的测试原理、清晰明了的测试过程、稳定可靠的测试数据、快速方便的数据处理、简单易懂的操作、相对低廉的价格，尤其适合工矿企业实验室做质量检测。

尤其适合大专院校的学生开展相关实验或老师搞科研。

式中：
r =颗粒半径 n =沉降液粘度丫 k=颗粒比重丫t=沉降液比重 H =沉降高度（沉降液面到称盘底面的距离） t =沉降时间 g =重力加速度
cm
泊，即克/厘米•秒
克/厘米3
克/厘米
厘米
秒
980厘米/秒 2。

粒度测试的基本概念和基本知识和基本方法 - 中国化

颗粒”凝聚”是指多个颗粒粘附到一起成为”团粒”的现象。”凝聚”的主要原因是颗粒所带的电荷、水份、范德华力等使颗粒相互作用的结果。颗粒越细，其表面能越大，”凝聚” 的机会就越多。 25. 样品分散的基本方法：
为使颗粒处于单体状态，在进行粒度测试前要对样品进行分散处理。分散的方法有润湿、搅拌、超声波振动、分散剂等，有时这些方法往往同时使用。 26. 粒度测试对介质的要求是什么？
16. 影响重复性的因素有那些？
1)
仪器或方法的稳定性。
2)
样品分散是否充分。
3)
取样是否具有代表性。
4)
操作过程是否规范。
5)
环境（包括电压、温度等）因素。
17. 什么是粒度测试的准确性，它是如何计算的？
粒度测试的准确指某一仪器对标准样品的测量结果与该标准样标称值之间的误差。其算
法为：
这里：
D−x
度指标，是粉体生产和应用中一个重要的粒度指标。
11. 常用的粒度测试方法有那些？
常用的粒度测试方法有筛分法、显微镜（图象）法、重力沉降法、离心沉降法、库
尔特（电阻）法、激光衍射/散射法、电镜法、超声波法、透气法等。
12. 各种常用粒度测试方法各有那些优缺点？
1)
筛分法：优点：简单、直观、设备造价低、常用于大于 40μm 的
果。
31. 如何检查分散效果？
1)
显微镜法：看有无”凝聚”现象。
2)
测量法：取经过不同分散过程后的两个样品进行测量，如果两次
测试的数值是稳定不变的，说明样品已经得到良好分散了。
32. 干粉取样的要求：
1)
从车间里取样时要从料流中多点取样。
2)
勺取法缩分样品时要搅拌均匀后多点（至小四点）取样。

沉降法测定粒度分布

沉降法测定粒度分布一实验目的1. 用扭力天平测定白土的粒度分布。

2. 掌握粒度分布的数据处理方法。

3. 了解计算机与电子天平联用测绘沉降曲线、拟合曲线方程、研究粒度分布的原理与方法。

二实验原理粒度分布测定是指使一悬浮液中的粒子在重力场作用下而沉降，从不同时间内的沉降量求得不同半径粒子相对量的分布。

它的测定理论根据是基于斯托克斯(Stokes)定律的力平衡原理：假设半径为r 的球形粒子在重力作用下，在粘度为 η 的均相介质中以速度为υ作等速运动，则粒子所受到的阻力(摩擦力) f 由下式决定：υηr f π6= (2-78) 由于粒子作等速运动，所以这一摩擦力应等于粒子所受的重力g )0ρr (π343ρ−，即 g r r )(π34π603ρρυη−=(2-79) 式中η 为介质粘度(Pa x s)，υ为粒子沉降速度 (m x s −1)，ρ 为粒子密度(kg x m −3 )，ρ 0为介质密度 (kg x m −3 )，g 为重力加速度(m x s −2)。

由式(2-79)可得gvr )(290ρρη−= (2-80)若已知η、ρ、ρ 0，则测定粒子沉降速度υ，就可算得粒子半径r 值。

设沉降前不同半径的粒子均匀地分布在介质中，而且半径相同的粒子沉降速度都相等。

若悬浮液中只有一种同样大小的粒子，在沉降天平中测定该悬浮液在不同时间t 内沉降在盘中的粒子质量m ，作出的m ～t 曲线(沉降曲线)应该是一条通过原点的直线OA ，如图2-45(a)所示。

当时间至t 1时，处在液面的粒子亦已沉降到盘上，即沉降完毕，其总沉降量为m c 。

此后m c ～t 即成为平行于横轴的直线。

根据盘至液面的距离h和t 1可以算出这种粒子的沉降速度υ：1t h=υ (2-81)图2-45 简单的沉降曲线将此式代入式(2-70)，则粒子的半径r ：1)(290t g hr ρρη−=(2-82)相应的沉降时间为：21)(290rg h t ρρη−=(2-83)对于含有两种不同半径粒子的系统，其沉降曲线形状如图2-45(b)所示。

实验1-2粉体粒度分布的测定(沉降天平法)

Ⅱ.沉降天平法一．目的意义沉降法原理简单，操作计算容易，由于它不仅能测定粒度大小，还能测粒度分布，因而得到了广泛的应用，是测定微细物料粒度大小与分布的常用方法之一。

本实验的目的：① 掌握沉降天平法测粉末粒度的原理及方法； ② 根据测定结果正确作出沉降曲线；③ 利用沉降曲线计算粉末试样各粒级的颗粒百分数。

二．基本原理1.斯托克斯理论沉降法是在适当的介质中使颗粒进行沉降，再根据沉降速度测定颗粒大小的方法，除了利用重力场进行沉降外，还可利用离心力场测定更细的物料的粒度。

该法的理论依据是众所周知的斯托克斯公式，即球形颗粒在液体中沉降时，其沉降速度v 由式（1）表示：22118)(Xgv ηρρ-=（1）式中 V ——— 颗粒的沉降速度；X ——— 球形颗粒的直径；ρ1 ——— 粉料的密度； ρ2 ——— 液体介质的密度； η ——— 液体介质的粘度； g ——— 重力加速度。

由此得到的直径：2121])(18[gV X ρρη-= （2）X 称为斯托克斯直径。

实际上它是与试样颗粒具有相同沉降速度的球体的直径，因此，用沉降法测得的粒径有时也称为有效直径，颗粒形状不规则时要取适当的形状系数进行修正。

2.测试方法概述按照测定计算方法的不同，重力沉降和离心沉降都可以分为增量法和累积法两种。

增量法是测定距液面某一深度悬浊液的浓度随时间的变化，应用增量法测试的仪器主要有移液管、比重计、光透过仪等。

累积法是测定颗粒在悬浊液中的沉降速度或测量沉降容器底部颗粒的质量随时间的变化，应用累积法的测试仪器有沉降天平、Werner 管（又叫沉降柱）差压计法等。

其中沉降天平法是在不同的时间里称量沉降下来的颗粒重量的方法，它的最大缺点是进行一次分析所需要的时间较长，因为必须等待至悬浮液中大部分粉末沉积到天平盘上为止。

但它可取之处是所需粉末量少（一般约0.5克），这一点对于材料为有毒的或只能得到少量材料的情况是很重要的，且此法很易实现自动化，仪器结构简单、容易操作，因此目前仍在一些实验室中应用。

stokes定律公式

stokes定律公式以Stokes定律公式为标题的文章Stokes定律是描述细小颗粒在粘性流体中受到阻力的定律。

它是由爱尔兰物理学家乔治·斯托克斯于19世纪提出的，成为了流体力学中的重要定律之一。

Stokes定律可以用来计算细小颗粒在流体中的速度和阻力，对于研究微粒运动和沉降速度等现象具有重要意义。

根据Stokes定律，当细小颗粒在粘性流体中运动时，其受到的阻力与其速度成正比。

阻力的大小与颗粒的形状和大小、流体的黏性以及颗粒与流体之间的相对速度有关。

Stokes定律的数学表达式如下：F = 6πηrv其中，F代表颗粒受到的阻力，η代表流体的黏性系数，r代表颗粒的半径，v代表颗粒的速度。

根据Stokes定律，可以得出以下几个重要结论：1. 细小颗粒在粘性流体中的速度与颗粒的半径成反比。

即颗粒越小，其速度越大。

2. 细小颗粒在粘性流体中的速度与流体的黏性成反比。

即流体越黏稠，颗粒的速度越慢。

3. 细小颗粒在粘性流体中的速度与受到的阻力成正比。

即阻力越大，颗粒的速度越小。

4. 细小颗粒在粘性流体中的速度与颗粒与流体之间的相对速度成正比。

即相对速度越大，颗粒的速度越大。

Stokes定律的应用十分广泛。

在实际生活和科学研究中，我们可以利用Stokes定律来计算微小颗粒在流体中的沉降速度，从而研究颗粒的分离、过滤和沉淀等过程。

此外，Stokes定律还可以用来研究微小颗粒在空气中的扩散速度，对于理解空气污染和疾病传播等问题具有重要意义。

然而，需要注意的是，Stokes定律仅适用于低雷诺数的情况，即流体的粘性作用远大于惯性作用的情况。

在高雷诺数的情况下，惯性效应会显著影响颗粒的运动，Stokes定律就不再适用。

此外，Stokes定律也忽略了颗粒与颗粒之间的相互作用和颗粒与容器壁之间的摩擦力，因此在研究颗粒浓度较高或颗粒之间相互作用显著的情况下，需要考虑其他因素来进行精确计算。

Stokes定律是研究微小颗粒在粘性流体中受到阻力的重要定律。

stokes沉降公式

stokes沉降公式是：w=【2（ρS-ρ）gr2】/9μ。

式中：ρS为颗粒密度；ρ为水的密度；μ为流体黏度；r为颗粒半径；g为重力加速度。

此公式是在静水、20℃恒温、介质的黏度不变、球形颗粒、密度相同、表面光滑、颗粒互不碰撞的实验室理想条件下获得的。

影响碎屑颗粒沉速的因素很多，主要有颗粒的形状、水质及含沙量等。

所以沉速公式大多数都为经验公式。

尽管与实际情况有出入，但此式仍然有理论意义。

表明碎屑颗粒的沉速与颗粒直径的平方成正比，这可用来解释沉积盆地中粒度分布规律，以及不同形状、密度和大小颗粒混积现象，同时也是颗粒（0.1-0.14毫米）机械分析中沉速分析法的理论根据。

斯托克斯定律沉降速度公式

斯托克斯定律沉降速度公式斯托克斯定律是由德国科学家威廉·斯托克斯于1851年提出来的，它记录了惯性和阻力之间的非线性物理规律。

斯托克斯定律可以用来预测固体粒子在重力或液体中沉降运动的速度。

即如何通过调整物体的形状、大小、相对密度以及粘性系数等因素，来控制粒子的沉降速度。

斯托克斯定律沉降速度公式是：V=Kg(δs-δ)/η其中，V为沉降速度，K为斯托克斯系数，g为重力加速度，δs为物体的相对密度，δ为环境液体的密度，η为环境液体的粘性系数。

从斯托克斯定律沉降速度公式可以看出，物体的形状、大小、相对密度、以及粘性系数等因素都会影响沉降速度，沉降速度的下降程度由斯托克斯系数K来决定。

斯托克斯定律沉降速度公式对日常生活中的不同类型的液体和固体粒子的沉降速度有重要的指导意义。

其中，环境液体的粘性系数会影响沉降速度，因此在确定沉降速度时需要考虑液体的粘性系数。

此外，斯托克斯系数K也会影响沉降速度，K值越大则更容易使粒子沉淀，沉降速度也越快。

通过斯托克斯定律沉降速度公式，可以有效预测传统工程中不同类型的液体固体悬浮体的沉降速度，进而为工程的设计和实施提供可靠的参考。

例如，水污染物迁移、油井沉管等工程中，都充分借鉴了斯托克斯定律的思想。

比如，在水污染物的沉管运管过程中，可以利用斯托克斯定律来估计水中污染物的沉降速度，从而更有效地达到净化水质的目的。

斯托克斯定律是一个非常重要而有效的物理理论，它既可以用来描述惯性与阻力之间的关系，也可以用来预测沉淀物的沉降速度，它在各种工程的实施以及现代应用中被广泛采用。

我们可以运用斯托克斯定律沉降速度公式，有效地模拟和预测沉淀物和液体体系之间的运动状况，帮助实现工程的设计和实施。

粒度测试的基本知识和基本方法概述-基本知识

这就是Stokes 定律，它是沉降法粒度测试的基本理论依据。

从Stokes 定律中我们看到，沉降速度与颗粒直径的平方成正比。

比如两个粒径比为1:10的颗粒，其沉降速度之比为1:100。

就是说细颗粒的沉降速度要慢很多。

为了加快细颗粒的沉降速度，缩短测量时间，现代沉降仪大都引入离心沉降方式。

在离心沉降状态下，颗粒的沉降程度与粒度的关系如下：这就是Stokes 定律在离心状态下的表达式。

由于离心转速都在数百转以上，离心加速度ω2r>> g，所以V c >>V。

就是说在相同的条件下，颗粒在离心状态下的沉降速度远远大于在重力状态下的沉降速度，所以离心沉降将大大缩短测试时间。

2) 比尔定律根据Stokes 定律，只要测量出颗粒的沉降速度，就可以准确地得到颗粒的直径了。

但是，要测量悬浮液中成千上万个颗粒的沉降速度是很困难的，所以在实际应用过程中是通过测量不同时刻透过悬浮液光强的变化率来间接地反映颗粒的沉降速度的。

光强的变化率与粒径的关系由比尔定律来描述：设在T 1、T 2、T 3、……T i 时刻测得一系列的光强值I 1<I 2<I 3……<I i ，这些光强值对应的颗粒粒径为D 1>D 2>D 3>……>D i ，将这些光强值和粒径值代入式（9），再通过计算机处理就可以得到粒度分布了。

(8)2D 18ηr 2)ωf ρs (ρc V ---------------=(9)dD 02n(D)D k )0lg(I )ilg(I -----------⎰∞-=初始状态 T1 T2 T3I0 I1 I2 I3图11 沉降法颗粒沉降状态示意图3)沉降法粒度仪的代表——BT-1500型离心沉降式粒度仪BT-1500型离心沉降式粒度仪是集重力沉降、重力和离心组合沉降、离心沉降于一体的仪器。

它由光源系统、样品池、离心机构、信号转换与传输系统、控制系统、软件系统等组成。

粒度粒径测试基本知识

颗粒图像法
原理：从频闪光源发出的频闪光，经过光束扩束器，得到平行的频闪光，在测试区域频闪光照射在分散好的单个颗粒上，经过拥有专利的光学成像系统，得到每个颗粒清晰的图像和全部样品的粒度分布。
向前的散射
向后的散射
光束通过特殊的广角元件在检测器上测量，在向前的方向（最低测量极限~0.1um），使用的这一设计大约能包含60度范围内的散射角。
为了获得纳米级颗粒的散射光。必须包含明显更大的角度范围。使用了向后的散射光束，在60到180度的角度范围内作为向后的散射面检测。使用这一设计测量的最低下限为10nm.
光子交叉相关光谱法（PCCS）
工作原理：光子交叉相关光谱法（PCCS）从光源发出的两束频率相同、相位一致的激光束，在测试区域相交，在两个检测器上得到两份相似的光强信号的涨落变化，两份光强信号涨落变化相同的部分为颗粒的实际光强信号，而不相同的部分则是干扰信号，被滤除。光电倍增管将相同的真实的颗粒信号送给相关器处理，相关器将处理结果输送给计算机，得出最后的测试报告。
市场汇报
单击此处添加副标题
粒度测试 grain size，particle size 基本知识和基本方法
汇报人姓名
粒度
颗粒的大小称为“粒径”，又称为“粒度”或者“直径”。
粒度颗粒的大小称为粒度。一般颗粒的大小又以直径表示 , 故也称为粒径。用一定方法反映出一系列不同粒径区间颗粒分别占试样总量的百分比称为粒度分布。
激光法应用领域
应用领域包括制药，生物医药，纳米材料等行业。典型样品：氧化铝/铜/金钢粉、半导体、硅盐等无机材料，聚合物乳胶、乳液、油漆、颜料、药物、甾体等有机体。
夫琅和费理论：当颗粒直径比入射波长大得多时发生衍射散射,这时由夫琅禾费衍射理论求得的光强度和米氏散射理论求得的光强度大体一致,但前者计算过程较简便,因此当D > >λ时用夫琅禾费衍射理论作为散射理论的近似处理。

粒度测试的方法

粒度测试是通过特定的仪器和方法对粉体粒度特性进行表征的一项实验工作。

粉体在我们日常生活和工农业生产中的应用非常广泛。

如面粉、水泥、塑料、造纸、橡胶、陶瓷、药品等等。

在的不同应用领域中，对粉体特性的要求是各不相同的，在所有反映粉体特性的指标中，粒度分布是所有应用领域中最受关注的一项指标。

所以客观真实地反映粉体的粒度分布是一项非常重要的工作。

下面就我具体讲一下关于粒度测试方面的基知识和基本方法。

一、粒度测试的基本知识1、颗粒：在一尺寸范围内具有特定形状的几何体。

这里所说的一尺寸一般在毫米到纳米之间，颗粒不仅指固体颗粒，还有雾滴、油珠等液体颗粒。

2、粉休：由大量的不同尺寸的颗粒组成的颗粒群。

3、粒度：颗粒的大小叫做颗粒的粒度。

4、粒度分布：用特定的仪器和方法反映出的不同粒径颗粒占粉体总量的百分数。

有区间分布和累计分布两种形式。

区间分布又称为微分分布或频率分布，它表示一系列粒径区间中颗粒的百分含量。

累计分布也叫积分分布，它表示小于或大于某粒径颗粒的百分含量。

5、粒度分布的表示方法：①表格法：用表格的方法将粒径区间分布、累计分布一一列出的方法。

②图形法：在直角标系中用直方图和曲线等形式表示粒度分布的方法。

③函数法：用数学函数表示粒度分布的方法。

这种方法一般在理论研究时用。

如著名的Rosin-Rammler分布就是函数分布。

6、粒径和等效粒径：粒径就是颗粒直径。

这概念是很简单明确的，那么什么是等效粒径呢，粒径和等效粒径有什么关系呢？我们知道，只有圆球体才有直径，其它形状的几何体是没有直径的，而组成粉体的颗粒又绝大多数不是圆球形的，而是各种各样不规则形状的，有片状的、针状的、多棱状的等等。

这些复杂形状的颗粒从理论上讲是不能直接用直径这个概念来表示它的大小的。

而在实际工作中直径是描述一个颗粒大小的最直观、最简单的一个量，我们又希望能用这样的一个量来描述颗粒大小，所以在粒度测试的实践中的我们引入了等效粒径这个概念。

粒度测试的基本知识和基本方法概述

粒度测试的基本知识和基本方法概述(总89页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除粒度测试的基本知识和基本方法概述一、粒度测试的基本知识1.颗粒：2.颗粒是在一定尺寸范围内具有特定形状的几何体，如图1。

颗粒不仅指固体颗粒，还有雾滴、油珠等液体颗粒。

颗粒的概念似乎很简单，但由于各种颗粒的形状复杂，使得粒度分布的测试工作比想象的要复杂得多。

因此要真正了解各种粒度测试技术所得出的测试结果，明确颗粒的定义是很重要的。

3.粒度测试复杂的原因：4.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。

为了叙述方便，我们以火柴盒为例，如图2。

用一把直尺量一个火柴盒的尺寸，你可以得出这个火柴盒的尺寸是20×10×5mm。

但你不能说这个火柴盒是20mm或10mm或5mm，因为这几个数值只是它大小尺寸的一个侧面而不是它的整体。

可见，用一个数值去直接描述一个火柴盒的大小都是不可能的，同样，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。

5.等效粒径：6.只有一种形状的颗粒可以用一个数值来描述它的大小，那就是球型颗粒。

如果我们说有一个50μ的球体，仅此就可以确切地知道它的大小了。

但对于其它形状的物体甚至立方体来说，就不能这样说了。

对立方体来说，50μ可能仅指该立方体的一个边长度。

对复杂形状的物体，也有很多特性可用一个数值来表示。

如重量、体积、表面积等，这些都是表示一个物体大小的唯一的数值。

如果我们有一种方法可测得火柴盒重量的话，我们就可以公式重量 = ----------------------------------------------------------- (1)6.由公式（1）可以计算出一个唯一的数（2r）作为与火柴盒等重的球体的直径，用这个直径来代表火柴盒的大小，这就是等效球体理论。

沉降法粒度测试技术与应用

一、概述沉降法粒度测试技术是指通过颗粒在液体中沉降速度来测量粒度分布的仪器和方法。

这里主要介绍重力沉降式和离心降式这两种光透沉降粒度仪的原理与使用方法。

此外移液管和沉降天平也属这类的装置，因为现在用得较少，所以这里不做介绍。

沉降粒度分析一般要将样品与液体混合制成一定浓度的悬浮液。

液体中的颗粒在重力或离心力等的作用下开始沉降，颗粒的沉降速度与颗粒的大小有关，大颗粒的沉降速度快，小颗粒的沉降速度慢，根据颗粒的沉降速度不同来测量颗粒的大小和粒度分布。

但是，在实际测量过程中，直接测量颗粒的沉降速度是很困难的。

所以通常用在液面下某一深度处测量悬浮液浓度的变化率来间接地判断颗粒的沉降速度，进而测量样品的粒度分布。

当最大颗粒没有从液面降到测量区以前，该处的浓度处在一个恒定状态；当最大颗粒降至测量区后，该处浓度开始下降，随着沉降过程的进行，浓度将进一步下降，直到所有预期要测量的颗粒都沉降到测量区以下，测量过程就结束了。

如图1所示：图1 颗粒在液体中的沉降状态示意图那么，颗粒的沉降速度与粒经之间的关系是怎样的呢？Stokes定律告诉我们，在一定条件下，颗粒在液体中的沉降速度与粒径的平方成正比，与液体的粘度成反比。

这样，对于较粗样品，我们就可以选择较大粘度的液体做介质来控制颗粒的在重力场中心沉降速度；对于较小的颗粒，在重力作用下的沉降速度很慢，加上布朗运动、温度、以及其它条件变化的影响，测量误差将增大。

为克服这些不利的因素，常用离心手段来加快细颗粒的沉降速度。

所以在目前的沉降式粒度仪中，一般都采用重力沉降和离心测降结合的方式，这样既可以利用重力沉降测量较粗的样品，也可以用离心沉降测量较细的样品。

此外也有一种采用改变测量区深度的描沉降式仪器，分动态和静态两种，属于重力沉降范筹。

新式沉降式粒度仪是一种传统理论与现代技术相结合的仪器。

它采用计算机技术、微电子技术和甚至互联网技术，在仪器智能化、自动化等方面都有很大进步。

它的种类也很多，如常见有BT-1500、SA-CP4、SG5100等。

粒度测试的基本常识

粒度测试的基本常识1粒度测试，是通过特定的仪器和方法对粉体粒度特性进行表征的一项实验工作。

粉体在我们日常生活和工农业生产中的应用非常广泛。

如面粉、水泥、塑料、造纸、橡胶、陶瓷、药品等等。

在的不同应用领域中，对粉体特性的要求是各不相同的，在所有反映粉体特性的指标中，粒度分布是所有应用领域中最受关注的一项指标。

所以客观真实地反映粉体的粒度分布是一项非常重要的工作。

下面具体讲一下关于粒度测试方面的基知识和基本方法。

1基本知识颗粒在一尺寸范围内具有特定形状的几何体。

这里所说的一尺寸一般在毫米到纳米之间，颗粒不仅指固体颗粒，还有雾滴、油珠等液体颗粒。

粉休由大量的不同尺寸的颗粒组成的颗粒群。

粒度颗粒的大小叫做颗粒的粒度。

粒度分布用特定的仪器和方法反映出的不同粒径颗粒占粉体总量的百分数。

有区间分布和累计分布两种形式。

区间分布又称为微分分布或频率分布，它表示一系列粒径区间中颗粒的百分含量。

累计分布也叫积分分布，它表示小于或大于某粒径颗粒的百分含量。

粒度分布的表示方法①表格法：用表格的方法将粒径区间分布、累计分布一一列出的方法。

②图形法：在直角标系中用直方图和曲线等形式表示粒度分布的方法。

③函数法：用数学函数表示粒度分布的方法。

这种方法一般在理论研究时用。

如著名的Rosin-Rammler分布就是函数分布。

粒径和等效粒径2粒径就是颗粒直径。

这概念是很简单明确的，那么什么是等效粒径呢，粒径和等效粒径有什么关系呢？我们知道，只有圆球体才有直径，其它形状的几何体是没有直径的，而组成粉体的颗粒又绝大多数不是圆球形的，而是各种各样不规则形状的，有片状的、针状的、多棱状的等等。

这些复杂形状的颗粒从理论上讲是不能直接用直径这个概念来表示它的大小的。

而在实际工作中直径是描述一个颗粒大小的最直观、最简单的一个量，我们又希望能用这样的一个量来描述颗粒大小，所以在粒度测试的实践中的我们引入了等效粒径这个概念。

等效粒径是指当一个颗粒的某一物理特性与同质的球形颗粒相同或相近时，我们就用该球形颗粒的直径来代表这个实际颗粒的直径。

沉降法粒度测试原理——Stokes定律

沉降法粒度测试原理——Stokes 定律沉降法是通过测量颗粒在液体中的沉降速度来反映粉体粒度分布的一种方法。

我们知道，在液体中大颗粒沉降速度快，小颗粒沉降速度慢。

沉降速度与粒径的数量关系，我们可以从下面的Stokes 定律的数学表达式得到：从上式可以看到，颗粒的沉降速度与粒径的平方成正比，可见在重力沉降中颗粒越大沉降速度越快。

比如在相同条件下，两个粒径比为10：1，那么这两个颗粒的沉降速度之比为100：1。

这样通过测量颗粒的沉降速度就可以得到它的粒径了。

为了加快细颗粒的沉降速度，缩短测试时间，提高测试精度，许多沉降仪引入了离心沉降手段来加快细颗粒的沉降速度。

离心状态下，粒径与沉降速度的关系如下：这就是离心状态下的Stokes 定律。

其中ω为离心机角速度，r 为颗粒到轴心的距离。

由于离心机转速较高，ω2r 远远大于重力加速度g ，因此同一个颗粒在离心状态下的沉降速度V c 将远远大于重力状态下的沉降速度V ，这就是离心沉降可以缩短测试时间的原因。

从Stokes 定律可以看出，只要测出颗粒的沉降速度，就可以得到该颗粒的粒径。

但在实际粒度测量过程中，液体中的颗粒数量很多，大小不同，因此直接测量每一个颗粒沉降速度是很困难的，因此用透过悬浮液的光强隨时间的变化率来间接地反映颗粒的沉降速度。

光强与粒径之间的数量关系可以用比尔定律来描述：通过比尔定律，我们通过测量不同时刻的光强得到光强的变化率，可以求得粒度分布。

218)(D gV f s ηρρ-=2218)(D rV f s c ηωρρ-=dD D D n k I I i ⎰∞-=020)()lg()lg(。

1.3.6 斯托克斯Stokes公式

如何用？
2019/3/29 6
1.3.6 斯托克斯（Stokes）公式
目录
杂质沉浮的速度非常重要，若此速度大则易于去除，使液态金属得以净化，有利于获得优质铸件，否则就难以净化。
相反的应用? 金属基复合材料的液相制备过程
2019/3/29
7
目录
杂质进入液态金属后，无论是上浮还是下沉，在最初非常短的时间内它以加速运动; 以后便是匀速运动，这说明杂质所受到的诸力很快处于平衡。设杂质的体积为Q，液态金属的密度为1，杂质的密度为2，则杂质受到液态金属斥力P为：
P Q 1 g Q 2 g Q ( 1 2 ) g
液态金属中杂质的上浮或下沉速度，由?力来决定杂质所受液体的斥力杂质的运动阻力。
2019/3/29 1
1.3.6 斯托克斯（Stokes）公式
目录
斥力的大小和杂质与液态金属之间的密度差有关
杂质的运动阻力取决于??
→液态金属的粘度 →杂质表面性质 →杂质的运动速度。
2019/3/29
2
1.3.6 斯托克斯（Stokes）公式
2019/3/29 3
目录
1.3.6 斯托克斯（Stokes）公式
根据斯托克斯（stokes）试验，液态金属对半径小于0.1cm球形杂质的运动阻力Pc为：
Pc 6rv
式中 v— 杂质的运动速度； r — 杂质半径； η— 液态金属的粘度； g — 重力加速度。作用在杂质上的力处于处于平衡时：
此式是著名的Stokes公式。
式中，μ 为运动粘度； r为杂质尺寸； ρ 金为液态金属的密度；ρ 杂为杂质的密 2 ) g v 9
2
杂质在液体金属内部的上浮速度影响因素：

沉降分析

吊杆细（防止过重超过称量范围，粗则浮力太大，
实验注意事项
沉降分析
5．沉降筒：深度15～20cm，应避免因温度差异
造成对流，内径为4～6cm。
基于斯托克斯定律的力平衡原理：
沉降分析
粒子在介质所受重力为：F1

4 3
r s g
3
粒子在介质所受浮力为： 2 F

4 3
r l g
3
根据Stokes定律，粒子所受的摩擦阻力为：
F 3 6降分析
当F1，F2，F3平衡时，粒子等速下沉，有
实验注意事项
沉降分析
3.称盘从提高实验灵敏度的角度来看，称盘的面积越大越好，但是过大，在近器壁处，离子沉降不遵守Sokes规律。另外还应考虑天平的称量范围。
实验注意事项
沉降分析
4．吊杆
吊杆足够长，使称盘离液面的距离足够长。沉
降高度太小，灵敏度差；太大，沉降时间太长，
且可能存在温度梯度。通常以h在5～8cm为宜。影响称量时的灵敏度，一般选用的直径是0.5mm 或略小）、硬、直。
F (r ) 1 dm G dr 1 G
r 0
lim
m r
即
m i 1 m i G ( ri 1 ri )
图1沉降量与时间关系曲线图
沉降曲线求得：
沉降分析
作 G (r r ) ~ i 1 i
m i 1 m i
ri 1 ri 2
2t r
2

F (r )
1 d G G dt
2
2
沉降曲线的计算机模拟
沉降分析
模型方程： G G [1 exp( at )]