【正文】 性 3 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體填充與堆積特性 ?粉體填充結(jié)構(gòu) —— 顆粒在空間中的排列狀態(tài) ? —— 力學(xué) 、 電學(xué) 、 傳熱學(xué) 、 流體透過(guò) …… ? —— 粒度 、 形狀 、 顆粒間相互作用力 …… ? —— 兩個(gè)極端填充狀態(tài)： ?最疏 —— 避免料倉(cāng)結(jié)拱 ?最密 —— 造粒 4 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體填充與堆積特性 ?堆積 /容積密度 ?填充率 ?孔隙率 ?配位數(shù) ?可壓縮性 B??Pk?5 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體填充與堆積特性 ?粉體的堆積 /容積密度 ?單位堆積體積的粉體的質(zhì)量 ， 也叫做視密度 ，粉體的質(zhì)量 M除以粉體的堆積體積 VB BBMV? ?21 B?形狀、尺寸、尺寸分布、堆積方式 6 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體填充與堆積特性 ?松動(dòng)堆積密度 在重力作用下慢慢沉積后的堆積 （ 自然堆積 ） ； ?緊密堆積密度 通過(guò)機(jī)械振動(dòng)所達(dá)到的最緊密堆積 （ 強(qiáng)制堆積 ） 。一致，非常吻合！ 25 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體填充與堆積特性 ?Bernal amp。 粉體填充與堆積特性 33 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 顆粒間的附著力 ?固體顆粒容易聚集在一起 ， 尤其是細(xì)顆粒 —— 顆粒之間存在附著力 ?粉體的摩擦特性 、 流動(dòng)性 、 分散性 、 壓制性等 ?分子間的范德華力 ?顆粒間的范德華力 ?附著水分的毛細(xì)管力 ?顆粒間的靜電力 ?磁性力 ?顆粒表面不平引起的機(jī)械咬合力 34 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 顆粒間的附著力 ?分子間的范德華力 (van der Waals interaction force)來(lái)源： 取向力 、 誘導(dǎo)力 和 色散力 ?取向力 二個(gè)極性分子的固有偶極將同極相斥而異極相吸 ， 定向排列 ， 產(chǎn)生分子間的作用力 ?誘導(dǎo)力 非極性分子在極性分子的固有偶極的作用下 ，發(fā)生極化 ， 產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極 ， 然后誘導(dǎo)偶極與固有偶極相互吸引而產(chǎn)生分子間的作用力 ?色散力 非極性分子之間 ， 由于組成分子的正 、 負(fù)微粒不斷運(yùn)動(dòng) ， 產(chǎn)生瞬間正 、 負(fù)電荷重心不重合 ， 出現(xiàn)瞬時(shí)偶極 ， 瞬時(shí)偶極間的作用力 ?分子間的斥力 35 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 顆粒間的附著力 ?分子間的范德華力 (van der Waals interaction force)來(lái)源： 色散力 、 誘導(dǎo)力 和 取向力 ?極性分子間有色散力 ， 誘導(dǎo)力和 取向力 ； ?極性分子與非極性分子間有色散力和 誘導(dǎo)力 ； ?非極性分子間只有 色散力 。 以 FCCFCC顆粒為例進(jìn)行討論 。22001 2 ( 39。實(shí)驗(yàn)研究表明 ， 形成液橋的臨界濕度在 6080%之間 。 ?測(cè)量顆粒與平面間的引力還可以用離心法 。 92 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 顆粒的團(tuán)聚和分散 ?空氣中顆粒的團(tuán)聚與分散 —— 機(jī)械分散 ?用機(jī)械力把顆粒聚團(tuán)打散 ， 是常用的分散手段 ?機(jī)械分散所用機(jī)械力 （ 流體的剪切力及壓應(yīng)力 ）大于顆粒間的作用力 ?通常機(jī)械力是由高速旋轉(zhuǎn)的葉輪或高速氣流噴射及沖擊作用所引起的氣體湍流運(yùn)動(dòng)所造成的 ☆ 較易實(shí)現(xiàn) ☆ 有可能重新粘結(jié)聚團(tuán) ☆ 可能導(dǎo)致脆性顆粒被粉碎 ☆ 機(jī)械設(shè)備磨損后分散效果下降 93 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 顆粒的團(tuán)聚和分散 ?空氣中顆粒的團(tuán)聚與分散 —— 干燥分散 ?毛細(xì)力往往是分子間范德華力的十幾倍或者幾十倍 ， 在潮濕空氣中 ， 顆粒間形成的液橋是顆粒聚團(tuán)的主要原因 。 96 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 顆粒的團(tuán)聚和分散 ?液體中顆粒的團(tuán)聚與分散 ?顆粒表面潤(rùn)濕性對(duì)粉體的分散具有重要意義 ， 是粉體分散 、 固液分離 、 表面改性和造粒等工藝的理論基礎(chǔ) 。 其作用主要在兩個(gè)方面： ☆ 空化效應(yīng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動(dòng)波； ☆ 對(duì)超聲波的吸收而產(chǎn)生的各組分的共振效應(yīng) 。 106 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體的潤(rùn)濕特性 ?吸附水： 吸附水層厚度并不恒定 ，它與物料成分 、 親水能力 、顆粒大小與形狀 、 吸附離子的成分及外界條件 (物料中水蒸汽的相對(duì)壓力及溫度 )等有關(guān) 。 電分子引力半徑 111 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體的潤(rùn)濕特性 ?薄膜水： ?吸附水和薄膜水合起來(lái)即組成分子結(jié)合水 ， 在粉體力學(xué)上可視作為顆粒的外殼 ， 在外力的作用下 ， 它和顆粒一起變形 ， 并且分子水膜使顆粒彼此粘結(jié) 。它與上述的吸附力與吸著力無(wú)關(guān) ， 它是在重力和壓力差的作用下發(fā)生移動(dòng)的自由水 ， 具有總是向下運(yùn)動(dòng)的性能 。 113 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體的潤(rùn)濕特性 ?毛細(xì)管水： ?兩半徑 r的顆粒間毛細(xì)管吸引力 F ?液體的表面張力 愈大 ， 毛細(xì)管的吸引力 F也愈大 ， 而單位面積內(nèi)的結(jié)合力則隨著粒徑縮小而增加 。 108 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體的潤(rùn)濕特性 ?薄膜水： ?粉粒進(jìn)一步被潤(rùn)濕時(shí) ， 在吸附水周圍形成薄膜水 ， 這是出于顆粒表面吸附水后還有剩余的未被平衡掉的范德華分子力 (主要是表面引力 ， 其次是吸附水內(nèi)層的分子引力 )， 因?yàn)樗呐紭O分子圍繞水層成定向排列 ， 以及多少受到些擴(kuò)散層離子的水化作用 ， 所以薄膜水和顆粒表面的結(jié)合力要比吸附水弱得多 ， 其分子的活動(dòng)自由度較大 。 顆粒表面帶有一定的電荷 ， 在顆粒表面的空間形成電場(chǎng) ， 在電場(chǎng)范圍內(nèi)的極化水分子和水化陽(yáng)離子被吸附于顆粒表面 。 ?選擇分散介質(zhì)的基本原則是相同極性原則： ☆ 非極性顆粒易于在非極性液體中分散 ☆ 極性顆粒易于在極性液體中分散 101 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 顆粒的團(tuán)聚和分散 ?液體中顆粒的團(tuán)聚與分散 —— 分散劑調(diào)控 ?顆粒在液體中的良好分散所需的物理化學(xué)條件 ，主要是通過(guò)加入適量的分散劑來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ， 分散劑的加入強(qiáng)化了顆粒間的相互排斥作用 。 94 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 顆粒的團(tuán)聚和分散 ?空氣中顆粒的團(tuán)聚與分散 —— 表面改性 ?采用物理或化學(xué)方法對(duì)顆粒進(jìn)行處理 ， 有目的地改變其表面物理化學(xué)性質(zhì)的技術(shù) ， 提高其分散性 。 ?遍及化工 、 冶金 、 食品 、 醫(yī)藥 、 涂料 、 造紙 、 建筑及材料等領(lǐng)域 。 由于電荷的轉(zhuǎn)移 ， 顆粒將帶電 。12v dwAdFZ?表面粗糙度直徑 74 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 dDFZRFFFFv d wv d wv d wv d wv d w???????????/)/1(0200000DdZdFFv d wv d w ??????2000))2/(1(1顆粒間的附著力 ?顆粒間的范德華力 / 表面粗糙度的影響 ?顆粒間總的范德華力 為 1128 1129 75 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 ※ 圖中共有 3組曲線！ 1nm—— 光滑顆粒 , 100nm—— 粗糙顆粒 76 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 顆粒間的附著力 ?顆粒間的范德華力 / 表面粗糙度的影響 ?粗糙度尺寸和尺寸分布對(duì)顆粒間范德華力的影響 表面粗糙度相互接觸 D取兩顆粒表面粗糙度的直徑 表面粗糙度僅與顆粒相接觸 D取顆粒表面粗糙度尺寸 d’ 77 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 來(lái)自吸附的貢獻(xiàn) CO2易吸附，所以效果明顯。 相當(dāng)于增加了顆粒間距離較近的分子數(shù) ， 從而使得顆粒間的引力勢(shì)能增加 ， 也增加了顆粒間相互作用的范德華力 。 可以查表獲得 。 顆粒間的空隙亦相應(yīng)地減小 。 ?均一球形顆粒在平面上的排列作為基本層 ☆ 正方形排列層 ☆ 單斜方形 /六方系排列層 17