2 粉體的描述-2

1、粉體的粒子學特性包括粉體的粒子學特性包括粉體粒徑、粒徑分布、粉體粒徑、粒徑分布、粒子形狀、密度、流動性、堆積密度、比表面粒子形狀、密度、流動性、堆積密度、比表面積積等。等。234BPk5BBMV2-1B形狀、尺寸、尺寸分布、堆積方式形狀、尺寸、尺寸分布、堆積方式6,B A,B T7100mL100mL防止顆防止顆粒團聚粒團聚松動堆積松動堆積測量測量緊密堆積緊密堆積測量測量8堆堆積積方方式式對對小小顆顆粒粒影影響響大大9PVC比較特殊比較特殊10=PBBPVV堆積的顆粒體積堆積的顆粒體積粉體填充體積粉體填充體積1111vBBPVV 2-2=PBBPVV堆積的顆粒體積堆積的顆粒體積粉體填充體積粉體

2、填充體積12堆積空隙率堆積空隙率取決于顆粒的形狀、顆粒的尺寸與尺寸分取決于顆粒的形狀、顆粒的尺寸與尺寸分布及粉體的堆積方式。布及粉體的堆積方式。,1B AB AP ,1B TB TP2-32-4松動堆積空隙率松動堆積空隙率緊密堆積空隙率緊密堆積空隙率131415分布寬度對空隙率具有較為明顯的影響分布寬度對空隙率具有較為明顯的影響1617正方形排列層正方形排列層均一球形顆粒的基本排列層均一球形顆粒的基本排列層等邊三角形等邊三角形/ /菱形菱形/ /六邊形排列層六邊形排列層18192021空間特征的計算結果空間特征的計算結果222324dP= 7.56mm，自然投入堆積，實驗測量可以與表，自然投入

3、堆積，實驗測量可以與表2-2計算結果計算結果相比較。一致，非常吻合！相比較。一致，非常吻合！252627隨機堆積計算方法（公式）比較（經(jīng)驗關聯(lián)）。隨機堆積計算方法（公式）比較（經(jīng)驗關聯(lián)）。28,100100 1B AB TB AB AB TVVCV2-8VB,AVB,T292-9常用于表征粉體的可壓縮性和流動性常用于表征粉體的可壓縮性和流動性,B TB AHR30根據(jù)圖根據(jù)圖2-2可以可以發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn),顆粒尺寸顆粒尺寸增加增加,堆積密度堆積密度相差變小。相差變小。312-10,100100 1B AB TB AB AB TB TB AVVCVHR1100 1CHR粉體的可壓縮性和粉體的可壓縮性和H

4、ausner比值的關系為比值的關系為2-82-932粉體的可壓縮性、團聚性和流動性與粉體的可壓縮性、團聚性和流動性與HR值的關系值的關系特征指標特征指標較粗顆粒較粗顆粒 較細顆粒較細顆粒細顆粒細顆粒極細顆粒極細顆粒Hausner比值比值2.0可壓縮性（）可壓縮性（）50流動性流動性良好流動性良好流動性流動性好流動性好流動性差流動性差不流動不流動團聚性團聚性不團聚不團聚輕微團聚性輕微團聚性 強團聚性強團聚性 極強的團聚性極強的團聚性例如：花椒粉，當例如：花椒粉，當C30%時倒不出來。時倒不出來。333435實驗證明，對大多數(shù)分子來說，色散力是主要的；實驗證明，對大多數(shù)分子來說，色散力是主要的；只

5、有偶極矩很大的分子只有偶極矩很大的分子( (如水如水) )，取向力才是主要的；，取向力才是主要的；而誘導力通常是很小的。而誘導力通常是很小的。P19 P19 表表1-11 1-11 一些分子間相互作用常數(shù)一些分子間相互作用常數(shù)362212623d dp pUkTr 1-90分子物理理論分子物理理論6d dUrBoltzmann constant k = R/NA = 8.314 / 6.0231023 = 1.38110-23J/K 372212216didp ap aUr 1-911, 2兩分子的極化強度兩分子的極化強度6d idUr386212121)(23rIIIIUdisp電離能電離能

6、1-926dispUr396rCUmmmm666dddiddispUrUrUr1-93Cmm：London-van der Waals常數(shù)常數(shù)401264mmUrr 勢井深度，勢能曲線的最小值勢井深度，勢能曲線的最小值 勢能為零時分子間的距離勢能為零時分子間的距離1-9441Argon molecularHard sphere modelMolecular diameter 勢能曲線的最小值；勢能曲線的最小值； 勢能為零時分子間的距離。勢能為零時分子間的距離。0 rdUrd1-954264mmC6rCUmmmm6124rrUmm查表計算獲得查表計算獲得1-961-93 1-944344引力勢能

7、理論引力勢能理論 + 能量疊加原理能量疊加原理45122121ddV Vmm0ppVVUnnUparticlesMolecular density1-974601201212ppd dAUZdd 1-98顆粒間距，通常取為顆粒間距，通常取為40AA為為Hamaker常數(shù)常數(shù)212mmAn n C47221112AAA 1-10048顆粒顆粒顆粒顆粒Hamaker常數(shù)常數(shù)A/eV顆粒顆粒顆粒顆粒Hamaker常數(shù)常數(shù)A/eV真空真空水水真空真空水水Au-Au3.4142.352MgO-MgO0.7230.112Ag-Ag2.7931.853KCl-KCl1.1170.277Cu-Cu1.9171

8、.117Cds-Cds1.0460.327金屬金屬金屬金屬1.872Al2O3- Al2O30.936C-C2.0530.943H2O-H2O0.341Si-Si1.6140.833Polystyrene-Polystyrene0.4560.0263Ge-Ge1.9961.112表表1-13 一些顆粒系數(shù)在真空和水中的一些顆粒系數(shù)在真空和水中的Hamaker常數(shù)值常數(shù)值P194900122001212ppvdwUd dAFZZdd 1-101約定負號表示引力。約定負號表示引力。5000122001212ppvdwUd dAFZZdd 1-10102012vdwAFZ1-102顆粒顆粒與與平面平

9、面，d2，范德華力，范德華力5100122001212ppvdwUd dAFZZdd 1-101等直徑兩顆粒等直徑兩顆粒，d1=d2，范德華力，范德華力02024vdwAdFZ1-103522121202121001212ddddZBddddZAUgppp1-105gpmmCqnqnB,12212)(1-106積分得：積分得：B氣體吸附常數(shù)氣體吸附常數(shù)mmCnnA212A為為Hamaker常數(shù)常數(shù)1-9953 PPMNn01-107Amedeo Avogadro（17761856）constant, 6.0231026 kmol-1顆粒材料的摩爾質量顆粒材料的摩爾質量54ggMNdmq021-

10、1086PgMdnM1-109單位顆粒表面積吸附氣體分子的個數(shù)單位顆粒表面積吸附氣體分子的個數(shù)q為：為： 顆粒單位質量所吸附的氣體量。顆粒單位質量所吸附的氣體量。55gpmmgPCMMddAB,2161-110ppmmggmmgpmmCCC,1-111進一步可以獲得氣體吸附常數(shù)進一步可以獲得氣體吸附常數(shù)B的計算式為：的計算式為：5621213021212000612ddddZBddddZAZUFgpppa1-112)21 (000AZBFFvdwa1-1131-1011-101式式57計算由于吸附氣體后對于范德華力的增強作用。以計算由于吸附氣體后對于范德華力的增強作用。以FCC-FCC顆粒為例

11、進行討論。結果見圖顆粒為例進行討論。結果見圖1-16。表表1-14 計算氣體吸附對計算氣體吸附對FCC-FCC顆粒間范德華力影響的常數(shù)顆粒間范德華力影響的常數(shù)氣氣 體體NeArN2AirCO2Cgg/Jm6910-7910-7710-7710-7710-77(氣體質量氣體質量/單位顆粒質量單位顆粒質量)0.00010.00360.0040.0070.1FCC-FCCA/eV0.936Css/Jm62.8810-7558易吸附氣體易吸附氣體59當顆粒接觸時，通常在接觸點產(chǎn)生變形。這樣增加了當顆粒接觸時，通常在接觸點產(chǎn)生變形。這樣增加了顆粒間的接觸面積。相當于增加了顆粒間距離較近的顆粒間的接觸面積

12、。相當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能增加，也增加了分子數(shù)，從而使得顆粒間的引力勢能增加，也增加了顆粒間相互作用的范德華力。顆粒間相互作用的范德華力。background606122000(1)(1)122122pp gsADaBDaUZDZZD a顆粒變形后的接觸面積；顆粒變形后的接觸面積；D顆粒的接觸直徑。顆粒的接觸直徑。1-114621212d dDdd1-115此時顆粒間的范德華力為此時顆粒間的范德華力為020002112ppgsvdwvdwUaBaFFZDZAZD1-11663642325.8vdwd YFK1-117顆粒變形后的接觸面積顆粒變形后的接觸面積a

13、為為2321.63vdwFDaK1-118Y Y接觸顆粒中強度較弱的顆粒材料的屈服極限強度接觸顆粒中強度較弱的顆粒材料的屈服極限強度K K接觸顆粒的剛度系數(shù)。接觸顆粒的剛度系數(shù)。65221212111vvKEE1-119E顆粒材料的楊氏彈性模量顆粒材料的楊氏彈性模量v 顆粒材料的泊松比顆粒材料的泊松比66232870vdwd YFK1-120顆粒變形后的接觸面積顆粒變形后的接觸面積a為為3vdwFaY1-121672323225.8870vdwd Yd YFKK1-122/1.10.58 ln()1.15vdwFE aYYaYD1-124顆粒變形后的接觸面積顆粒變形后的接觸面積a為為68232

14、3225.8870vdwd Yd YFKK1-122/1.10.58 ln()1.15vdwFE aYYaYD1-123顆粒變形后的接觸面積顆粒變形后的接觸面積a為為69根據(jù)根據(jù)Hertz理論，彈性變形所引起的反彈力理論，彈性變形所引起的反彈力Fe,rep為為3322,122 2()3e repDFK hh1-124上式近似為上式近似為1.51.5,3KaFe repD1-1257000220012()(1/)vdwvdwFADFZRR Z1-1267172731-12702012vdwAdFZ表面粗糙度直徑表面粗糙度直徑74dDFZRFFFFvdwvdwvdwvdwvdw /)/1 (020

15、0000DdZdFFvdwvdw2000)2/(1 (11-1281-1297524.5nm0.79 圖中共有圖中共有3 3組曲線！組曲線！100nm粗糙顆粒粗糙顆粒76表面粗糙度相互接觸表面粗糙度相互接觸D取兩顆粒表面粗糙度的直徑取兩顆粒表面粗糙度的直徑表面粗糙度僅與顆粒相接觸表面粗糙度僅與顆粒相接觸D取顆粒表面粗糙度尺寸取顆粒表面粗糙度尺寸d77來自吸附的貢獻來自吸附的貢獻CO2易吸附，所以效果明顯。易吸附，所以效果明顯。7879（1）接觸點液橋）接觸點液橋（2）接觸點附近空隙有液體存在）接觸點附近空隙有液體存在（3）所有空隙均充滿液體）所有空隙均充滿液體80ncnncrrTrTrF112

16、21-130當顆粒間形成液橋時，由于表面張力和毛細壓差的作當顆粒間形成液橋時，由于表面張力和毛細壓差的作用，顆粒間將有作用力存在，稱為毛細力。用，顆粒間將有作用力存在，稱為毛細力。顆粒間毛細力的計算公式為：顆粒間毛細力的計算公式為：表面張力表面張力81822)(64)1 (321)1 (4)1 (4drdrrddTFcccc1-131考慮幾何關系：考慮幾何關系：8311)(2ccccrddrdrdTFdrdTFcc221-1331-132當顆粒尺寸相等時，即當顆粒尺寸相等時，即=1，顆粒間的毛細力變?yōu)椋?，顆粒間的毛細力變?yōu)椋寒旑w粒與平面接觸時，即當顆粒與平面接觸時，即，顆粒與平面的毛細，顆粒與

17、平面的毛細力變?yōu)椋毫ψ優(yōu)椋?4Power function顆粒吸水后顆粒吸水后毛細力為主毛細力為主2-2=0.58620lim1 1/1xxxx(1-32)85顆粒間的靜電力顆粒間的靜電力 相互接觸的顆粒有相對運動時，顆粒間將產(chǎn)生相互接觸的顆粒有相對運動時，顆粒間將產(chǎn)生電荷轉移。當相互接觸的顆粒為導體時，由于它們電荷轉移。當相互接觸的顆粒為導體時，由于它們電子電動勢的不同，電荷將從電動勢低的顆粒轉移電子電動勢的不同，電荷將從電動勢低的顆粒轉移到電動勢高的顆粒。由于電荷的轉移，顆粒將帶電。到電動勢高的顆粒。由于電荷的轉移，顆粒將帶電。顆粒間便存在作用力，稱為靜電力。顆粒間便存在作用力，稱為靜電力

18、。表表1-16 一些操作單元顆粒帶電強度的參考值一些操作單元顆粒帶電強度的參考值86878889空氣中顆粒的團聚與分散空氣中顆粒的團聚與分散液體中顆粒的團聚與分散液體中顆粒的團聚與分散9091929394959697cossgsllg楊楊(Young)方程方程 9899100101102103104毛細管水毛細管水 capillary state重力水重力水 浸漬狀態(tài)浸漬狀態(tài) immersed state吸附水吸附水 擺動狀態(tài)擺動狀態(tài) Pendular state薄膜水薄膜水 鏈鎖狀態(tài)鏈鎖狀態(tài) Funicular state105吸附水的形成，不一定是顆粒浸入水中，或在顆粒層中加吸附水的形成，不一定是顆粒浸入水中，或在顆粒層中加入液態(tài)水。即使干燥顆粒還會吸收