第一章 農(nóng)業(yè)物料的基本物理特征-2.pdf

1 總結(jié)上節(jié) 第一章 農(nóng)業(yè)物料的第一章 農(nóng)業(yè)物料的基本物理特征 農(nóng)業(yè)物料的基本物理特征 主要包括物料的單元素尺寸 綜合尺寸 外觀形狀 表面積 體積 密度 孔隙比等 第一節(jié) 形狀 大小和分布 一 尺寸和形狀 1 尺寸 長 L 平面投影圖中最大的尺寸 寬 B 垂直于長度方向的最大尺寸 厚 T 垂直于長 寬方向的直線尺寸 一 尺寸和形狀 2 形狀 2 1 圖形比較法 圖形比較法是將物料的縱剖面和橫剖面的形狀繪制成圖 并和標(biāo)準(zhǔn)圖形進(jìn)行比較 以確定物料的形狀 2 2 用類似的幾何體表示 如物料的形狀和球體 立方體 圓往體等一類規(guī)則幾何體 相類似時(shí) 則可用相類似幾何體來表示物料的形狀和尺寸 2 3 形狀指數(shù) 形狀指數(shù)是把物體的實(shí)際形狀與基準(zhǔn)形狀 如球體和圓等 進(jìn)行比較的一個(gè)物理量 1 圓度 圓度 roundness 表示物體角棱的銳度 它表明物體在投影 面內(nèi)的實(shí)際形狀和圓形之間的差異程度 rmin 最大投影面積圖形上類球體的最小曲率半徑 Rp 最大投影面積圖形上類球體的平均半徑 等面積半徑 Ap 類球體在自然放置穩(wěn)定狀態(tài)下的最大投影面積 Ac 類球體在自然放置穩(wěn)定狀態(tài)下的最大投影面積的最小外 接圓面積 p min R r Rr c p A A Rd NR r R i d 2 3 形狀指數(shù) 2 球度球度是表示物體實(shí)際形狀和球體之間的差異程 度 c e p d d S 1Sp1 球度 de 與實(shí)際物體體積相等的球體的直徑 m dc 實(shí)際物體最小外接球直徑或物體的最大直徑 m c i d d S p2 Sp2 球度 di 類球體的最大投影面積圖形的最大內(nèi)接園直徑 m dc 類球體最大投影面積圖形的最小外接圓直徑 m 二 面積和體積 物體各向尺寸之間的數(shù)字關(guān)系取決于物體的形狀 物體 各向尺寸之間的無量綱組合 稱為形狀因數(shù) 如長寬度 L B 扁平度 B T 物體各種尺寸與其面積或體積之間的 關(guān)系稱為形狀系數(shù) 是表示物體實(shí)際形狀與球形不一致程度 的尺度 如面積形狀系數(shù) 體積形狀系數(shù) 2 根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料 凸?fàn)钗矬w的表面積一般為平均投影面積 的4倍 即 c 4AS 3 2 3 1 c 16 9 VA 3 2 c KVA 則有 即 根據(jù)凸?fàn)钗矬w理論 表面積S與體積V有以下關(guān)系 36 1 3 2 S V 當(dāng)物體為球體時(shí) 取等號 1 表面積與體積之間的關(guān)系 二 面積和體積 可得 K 1 21 當(dāng)物體為球體時(shí) 取等號 檸檬馬鈴薯胡蘿卜 K 1 24 1 38 1 76 0 975 0 876 0 687 K 21 1 物料的K值越接近于1 21 則物料的形狀愈接近于球體 3 2 c KVA 因?yàn)?3 2 c V A K 即 若定義形狀系數(shù) 2 表面積的測量 感光法 方格紙法 照相法 剪紙法 氣流求積儀法 統(tǒng)計(jì)法 機(jī)器視覺法等等 1 葉片表面積的測量 削條法 統(tǒng)計(jì)法 回轉(zhuǎn)體法 2 水果表面積的測量 稱重法 3 雞蛋表面積的測量 m KWS K 4 56 5 07 m 0 66 二 面積和體積 1 單粒體粒徑 三 粒徑 粒徑 物體的計(jì)算直徑 是表示物體各項(xiàng)尺寸的綜合指標(biāo) 它是利用已測定的物體的某些尺寸或參數(shù)推導(dǎo)出來的直徑 粒 徑并不體現(xiàn)物體的形狀 因?yàn)榍蝮w的表面積與體積之比最小 理論分析容易 并且 球形粒子無方向性 實(shí)驗(yàn)結(jié)果容易再現(xiàn) 所以常用當(dāng)量球徑表 示粒徑 代表單個(gè)粒子的粒徑 對于每一個(gè)物體 其尺寸取 決于測定方法 因此 選用的方法應(yīng)盡可能地反映物料 的加工工藝 1 單粒體粒徑 對于每一個(gè)單個(gè)物體 有無數(shù)多不同的直線長度 只 有將這些長度加以平均 才能得到有意義的數(shù)值 對于系 統(tǒng)內(nèi)的粒子群也是如此 只有測定了足夠多的粒子數(shù) 得 出其統(tǒng)計(jì)規(guī)律才有意義 3 實(shí)際上常用的是算術(shù)平均徑 圓等直徑和定向徑 對 于微小粒子 也可以采用重力沉降法測定斯托克斯徑 定向徑 粒子投影圖上任意方向的最大距離 定向面積等分徑 按一定方向?qū)⑼队懊娣指畛啥确謺r(shí)的直 線長度 試樣系統(tǒng)中單粒體粒徑的平均值 根據(jù)用途不同 采用不同的計(jì)算方法 2 粒子群平均直徑 若將同一物料試樣進(jìn)行計(jì)算 各種粒徑的差值較大 其 排列規(guī)律為 65487123 dddddddd 實(shí)際上應(yīng)根據(jù)物料的用途選擇合適的粒徑計(jì)算方法 計(jì)算方法 d50 以粒徑分布的累計(jì)值為50 時(shí)的粒徑表示 3 粒徑的測量方法 篩分法 光學(xué)顯微鏡 電子顯微鏡 液相沉降 光線 散射法等 3 1 粗粒子平均粒徑計(jì)算 粒子大到可以一粒一粒地揀出時(shí) 可以采用這種方 法 首先從試樣中隨機(jī)采集200個(gè)以上的粒子 用普通天平 測量其總重量Wsn 設(shè)粒子的真實(shí)密度為 s 則平均粒徑 3 s sn 6 n W ds 相當(dāng)于把所有粒子均看作等體積球形粒子時(shí)的平均直徑 尺 寸 測 量 游標(biāo)卡尺是一種比較精密的量具 在測量中用得最多 通常用來測量精度較高的工件 它可測量工件的外直線尺 寸 寬度和高度 有的還可用來測量槽的深度 如果按游標(biāo) 的刻度值來分 游標(biāo)卡尺又分0 1 0 05 0 02mm三種 4 3 2 細(xì)粉的平均粒徑的計(jì)算 對于粒子細(xì)到無法一粒一粒揀集的程度時(shí) 如面粉 等 可采用篩分法 可用篩分法測定全部粒子的粒徑分布 相關(guān)國家標(biāo) 準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 將一定量的粉料 大約50至100 g 用篩孔尺寸分 別為的m 1個(gè)篩子進(jìn)行分 級 1 3 2 1 m dddd 設(shè)粒級的粒子平均粒徑為 2 1 dd 至 2 11 ddd 其質(zhì)量占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為x1 設(shè)粒級的粒子平均粒徑為 3 2 dd 至 3 22 ddd 其質(zhì)量占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為x2 設(shè)粒級的粒子平均粒徑為 1m ddm至 1m ddd mm 其質(zhì)量占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為xm 則全部的粒子平均粒徑可用調(diào)和平均徑或算術(shù)平均徑計(jì)算 m i i i s d x d 1 1 m i iis xdd 1 篩分法通常使用普通的金屬絲網(wǎng)篩子 對1吋 25 4 mm 以上的開孔 直接以開孔尺寸表示孔的大小 對1吋 25 4 mm 以下的開孔 用1吋 25 4 mm 長度上的孔數(shù) 表示孔的大小 稱為目 有時(shí)稱為網(wǎng)目 德國 個(gè) cm2 我國常用泰勒 Tyler 標(biāo)準(zhǔn)篩 直徑為200 mm 高度為50 mm 與日本 美國 英國的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格基本相同 細(xì)粉的平均粒徑的計(jì)算 泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩有兩個(gè)序列 附加序列 基本序列 2 4 2 基篩是200目的篩子 篩孔尺寸為0 074 mm GB T 6005 2008 試驗(yàn)篩 金屬絲編織網(wǎng) 穿孔板和電成型薄板 篩孔的基本尺寸 GB T 5917 1 2008 飼料粉碎粒度測定 兩層篩篩分法 篩比 每兩個(gè)相鄰篩號的篩子其篩孔尺寸相差的倍數(shù) 5 200試驗(yàn)篩根據(jù)篩面材料分為金屬絲編織網(wǎng)實(shí)驗(yàn)篩和 金屬穿孔板實(shí)驗(yàn)篩 金屬絲編織網(wǎng)實(shí)驗(yàn)篩采用國家標(biāo)準(zhǔn) GB T6003 1 1997生產(chǎn) 其網(wǎng)孔基本尺寸為2 36 mm 0 038 mm 符合國家標(biāo)準(zhǔn)ISO3310 1 1990 R20 3 R20 R40 3系 列 篩網(wǎng)材質(zhì)為黃銅 錫青銅 不銹鋼 金屬穿孔板實(shí)驗(yàn)篩采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB T6003 2 1997 符 合國家標(biāo)準(zhǔn)ISO3310 2 1990 R20 3 R20 R40 3系列 篩網(wǎng) 材質(zhì)為紫銅 并采用電化工而成 200試驗(yàn)篩篩框 篩蓋 篩底選用優(yōu)質(zhì)不銹鋼精致而成 200試驗(yàn)篩 主要用于顆粒物料粒度分析的檢測 廣泛用 于磨料 地勘 冶金 藥典 化工 建材等行業(yè)顆粒物料 的篩分檢測 小顆粒尺寸測量 原理 激光粒度分析儀是根據(jù)光的散射 原理測量粉顆粒大小的 見附圖 具 有測量的動(dòng)態(tài)范圍大 測量速度快 操作方便等優(yōu)點(diǎn) 是一種適用面較廣 的粒度儀 原理上可以用于測量各種 固體粉末 乳液顆粒 霧滴的粒度分 布 現(xiàn)實(shí)的儀器一般根據(jù)具體的用途 作具體的設(shè)計(jì) 光在行進(jìn)中遇到微小顆粒時(shí) 會(huì) 發(fā)生散射 大顆粒的散射角較小 圖 1 小顆粒的散射角較大 圖2 儀器能接收的散射角越大 則儀器的 測量下限就越低 散射光能的計(jì)算 精確計(jì)算各種大小顆粒的散射光能分布 是獲得準(zhǔn)確粒度 分布數(shù)據(jù)的基礎(chǔ) 使得顆粒尺寸小至亞微米 大至上千微米 散射角小至0度 大至150度的全范圍內(nèi) 都能獲得精確的理論 光能分布數(shù)值 6 4 粒度分布 粒度分布是以粒子群的質(zhì)量或粒子數(shù)的百分率計(jì)算的 粒徑頻率分布曲線或累計(jì)分布曲線表示的 頻率分布最高點(diǎn)的粒徑稱為多數(shù)徑 dmod 在累積分布曲線50 處的粒徑稱為中徑 d50 試樣的粒度分布曲線 Grain size distribution curve 7 照片上是紅色的植物細(xì)胞壁與黃綠色的淀粉顆粒 小麥淀粉粒有兩種 一種是大顆粒的小麥淀粉 直徑15 50mm 大都呈扁圓形 也有不規(guī)則的 橢圓形 另一種是小顆粒的小麥淀粉 直徑2 8mm 呈圓形和卵圓形 見圖1 圖2 5 曲率半徑 在農(nóng)業(yè)物料包裝和運(yùn)輸期間物料之間相互接觸 物料在接 觸點(diǎn)的曲率半徑影響了接觸點(diǎn)的應(yīng)力和形變 因比曲率半徑也 是一個(gè)有用的基本數(shù)據(jù) 物料表面任意位置的曲 率半徑可以用凸?fàn)钗矬w曲率 半徑測定儀測定 如圖所 示 它是由兩個(gè)固定測頭和 一