粉体力学是什么?

粉体力学是什么?

《粉体力学与工程》介绍粉体工程的基础理论及其在粉体操作单元中的应用。第1章为颗粒物性，着重介绍颗粒的尺寸、颗粒的球形度及其测量方法、颗粒间的作用力及颗粒的团聚性、颗粒的阻力系数与沉降速度。第2章为粉体物性，着重介绍粉体的库仑定律、Molerus粉体分类、粉体的流动性。第3章为粉体静力学，着重介绍粉体应力分析方法和Rankin应力状态。第4章为粉体动力学，着重介绍粉体流动的本构关系、塑性理论和塑粘剂流体模型。第5章为气固相系统，着重介绍Reh气固两相接触操作图、Geldart流态化颗粒分类、颗粒反应动力学及流化床反应器模拟。第6章为造粒，着重火焰CVD法制备纳米陶瓷颗粒材料及过程模拟及喷雾干燥造粒技术，简单机械化学法制备纳米材料技术。第7章为制粉，简单介绍颗粒的强度和Bond粉碎功定律及其应用。第8章为混合，简单介绍混合操作的过程与设备。

这个还真是第一次听说。。

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。 2 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??粉体粒度分布的数学描述 ??粒度测量方法及其选择 ????粉体填充与堆积特性 粉体填充与堆积特性 ????粉体中颗粒间的附着力 粉体中颗粒间的附着力 ????颗粒的团聚和分散 颗粒的团聚和分散 ????粉体的湿润特性 粉体的湿润特性 3 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ????粉体填充结构 粉体填充结构—— ——颗粒在空间中的排列状态 颗粒在空间中的排列状态 ???? —— ——力学 力学、、电学 电学、、传热学 传热学、、流体透过 流体透过…… …… ???? —— ——粒度 粒度、、形状 形状、、颗粒间相互作用力 颗粒间相互作用力…… …… ???? —— ——两个极端填充状态： 两个极端填充状态： ????最疏 最疏—— ——避免料仓结拱 避免料仓结拱 ????最密 最密—— ——造粒 造粒 4 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ????堆积 堆积//容积密度 容积密度 ????填充率 填充率 ????孔隙率 孔隙率 ????配位数 配位数 ????可压缩性 可压缩性 B ?? P k ? 5 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??粉体的堆积/容积密度 ??单位堆积体积的粉体的质量，也叫做视密度，粉体的质量M除以粉体的堆积体积V B B B M V ? ? 2-1 B ?形状、尺寸、尺寸分布、堆积方式 6 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??松动堆积密度 在重力作用下慢慢沉积后的堆积（自然堆积）； ??紧密堆积密度 通过机械振动所达到的最紧密堆积（强制堆积）。 , B A ? , B T ? 7 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 100mL 防止颗粒团聚松动堆积测量紧密堆积测量 8 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞堆积方式对小颗粒影响大 9 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 PVC比较特殊 10 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ????填充率 填充率 ??颗粒体积占粉体堆积体积的比率 = P B B P V V ???? ?? 11 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??粉体堆积的空隙率 ????空隙体积占粉体堆积体积的比率 空隙体积占粉体堆积体积的比率，，亦即颗粒 亦即颗粒间的空隙体积 间的空隙体积VV vv 除以粉体的堆积体积V B 1 1 v B B P V V ?? ??? ? ? ? ? 2-2 ? = P B B P V V ???? ? 12 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞堆积空隙率取决于颗粒的形状、颗粒的尺寸与尺寸分布及粉体的堆积方式。 , , 1 B A B A P ???? ? , , 1 B T B T P ???? ? 2-3 2-4 松动堆积空隙率紧密堆积空隙率 13 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 14 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 15 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞分布宽度对空隙率具有较为明显的影响 16 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??颗粒的配位数 ??粉体堆积中，与某一考察颗粒相互接触的颗粒数。 ??研究粉体堆积特性的一个重要指标。 ??均一球形颗粒在平面上的排列作为基本层 ☆正方形排列层 ☆单斜方形/六方系排列层 17 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞正方形排列层均一球形颗粒的基本排列层等边三角形/菱形/六边形排列层 18 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 19 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 20 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 21 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞空间特征的计算结果 22 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??实际填充结构 ??填充时，受颗粒碰撞、回弹、颗粒间相互作用力及容器壁的影响不能规则填充。 ??Smith等人将3.78mm的铅弹自然填入直径 80～130mm的烧杯中，注入20%醋酸水溶液后，十分小心地倒掉溶液。若保持原先填充状态，接触点上残留碱性醋酸铅的白色斑点。从与容器不接触的铅弹中计数900～1600个球，得到平均空隙率～平均配位数的关系： 23 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??实际填充结构 24 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 d P = 7.56mm，自然投入堆积，实验测量可以与表2-2计算结果相比较。一致，非常吻合！ 25 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??Bernal & Mason测定与所观察颗粒完全接触的颗粒，及比较近接触的颗粒，方法同Smith，钢球直径6.35mm，1000～ 5000个填入容器，浸满墨汁后取出，干燥后如图示两类斑点。 26 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 27 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞随机堆积计算方法（公式）比较（经验关联）。 28 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??粉体的可压缩性 ??当粉体在松动堆积状态受到压缩作用时，其堆积体积将减小。颗粒间的空隙亦相应地减小。粉体的可压缩性跟其堆积状态有关，用以表征粉体的可压缩性。定义如下： , , , , , 100 100 1 B A B T B A B A B T V V C V ??? ??? ? ?? ?? ?? ? 2-8 V B,A V B,T 29 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 2-9 常用于表征粉体的可压缩性和流动性 , , B T B A HR ??? ??粉体的可压缩性 ??粉体紧密堆积密度和松动堆积密度之比，称为粉体Hausner比值 30 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??粉体的可压缩性 ??实验结果表明: ☆较粗颗粒的HR值较小（<1.2） ☆细颗粒的HR值较大（>1.4） ☆极细颗粒具有较高的HR值（>2）根据图2-2可以发现,颗粒尺寸增加,堆积密度相差变小。 31 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 2-10 , , , , , , , 100 100 1 B A B T B A B A B T B T B A V V C V HR ?????? ??? ? ??? ?? ??? ?????? 1 100 1 C HR ? ?? ?? ?? ?粉体的可压缩性和Hausner比值的关系为 2-8 2-9 32 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞粉体的可压缩性、团聚性和流动性与HR值的关系特征指标 较粗颗粒 较细颗粒 细颗粒 极细颗粒 Hausner比值 <1.2 1.2~1.4 1.4~2.0 >2.0 可压缩性（％） <15 15~30 30~50 >50 流动性良好流动性 流动性好 流动性差 不流动团聚性不团聚 轻微团聚性 强团聚性 极强的团聚性例如：花椒粉，当C>30%时倒不出来。 33 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ????固体颗粒容易聚集在一起 固体颗粒容易聚集在一起，，尤其是细颗粒 尤其是细颗粒 —— ——颗粒之间存在附着力 颗粒之间存在附着力 ????粉体的摩擦特性 粉体的摩擦特性、、流动性 流动性、、分散性 分散性、、压制性等 压制性等 ????分子间的范德华力 分子间的范德华力 ????颗粒间的范德华力 颗粒间的范德华力 ????附着水分的毛细管力 附着水分的毛细管力 ????颗粒间的静电力 颗粒间的静电力 ????磁性力 磁性力 ????颗粒表面不平引起的机械咬合力 颗粒表面不平引起的机械咬合力 34 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??分子间的范德华力(van der Waals interaction force) 来源：取向力、诱导力和色散力 ??取向力 二个极性分子的固有偶极将同极相斥而异极相吸，定向排列，产生分子间的作用力 ??诱导力 非极性分子在极性分子的固有偶极的作用下，发生极化，产生诱导偶极，然后诱导偶极与固有偶极相互吸引而产生分子间的作用力 ??色散力 非极性分子之间，由于组成分子的正、负微粒不断运动，产生瞬间正、负电荷重心不重合，出现瞬时偶极，瞬时偶极间的作用力 ??分子间的斥力 35 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??分子间的范德华力(van der Waals interaction force)来源： ??极性分子间有色散力，诱导力和取向力； ??极性分子与非极性分子间有色散力和诱导力； ??非极性分子间只有色散力。 ??实验证明，对大多数分子来说，色散力是主要的；只有偶极矩很大的分子(如水)，取向力才是主要的；而诱导力通常是很小的。 ??P19 表1-11 一些分子间相互作用常数 36 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??分子间的范德华力(van der Waals interaction force) ??取向引力势能（两极性分子） 2 2 1 2 6 2 3 d d p p U kT r ?? ? 1-90 分子物理理论 6 d d U r ??? Boltzmann constant k = R/N A = 8.314 / 6.023×10 23 = 1.381×10 -23 J/K 37 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??分子间的范德华力(van der Waals interaction force) ??诱导引力势能（一极性分子与一非极性分子） 2 2 1 2 2 1 6 d id p a p a U r ??? ? 1-91 α 1 , α 2 －两分子的极化强度 6 d id U r ??? 38 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??分子间的范德华力(van der Waals interaction force) ??色散引力势能（两非极性分子） 6 2 1 2 1 2 1 ) ( 2 3 r I I I I U disp ? ??? ?电离能 1-92 6 disp U r ?? 39 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??分子间的范德华力(van der Waals interaction force) ??取向力、诱导力和色散力 6 r C U mm mm ? ? 6 6 6 d d d id disp U r U r U r ? ? ?? ?? ? ? 1-93 C mm ：London-van der Waals常数 40 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 ??两分子间斥力表达式(Lennard-Jones 6-12势能函数) 12 6 4 mm U r r ? ??? ?? ? ? ?? ?? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ε — 势井深度，势能曲线的最小值 ζ — 势能为零时分子间的距离 1-94 41 粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞 Argon molecular Hard sphere model Molecular diameter ε — 势能曲线的最小值； ζ — 势能为零时分子间的距离。