粉體力學(xué)課件：1 緒論2015 修復(fù)的

粉體力學(xué)2023/1/111

課程簡(jiǎn)介授課對(duì)象：過(guò)程裝備與控制工程、安全工程

課程性質(zhì)：必修課課程學(xué)時(shí)：32h+實(shí)驗(yàn)10h考核方式：

過(guò)程考核（考勤、小測(cè)驗(yàn)、研討題、小論文等）：20%

實(shí)驗(yàn)考核：10%張大/p>

課后作業(yè)：10%考試：60%

課程簡(jiǎn)介參考教材：謝洪勇，劉志軍編著.粉體力學(xué)與工程（第二版），化學(xué)工業(yè)出版社，2007R.L.BrownandJ.C.Richards.Principlesofpowdermechanics.PergamonPress,1970DuranJacques.Sands,powdersandgrains:anintroductiontothephysicsofgranularmaterials,SpringerPress,2000DietmarSchulze.PowdersandBulkSolids：Behavior,Characterization,StorageandFlow.SpringerPress,2007主講教師劉鳳霞

電話(huà)：84986479

284840275@2023/1/114上課地點(diǎn)和時(shí)間：1-8周

綜合教學(xué)2號(hào)樓A403課后答疑：

時(shí)間：周三下午13:30-15:30

地點(diǎn)：化工機(jī)械學(xué)院H-411

課程簡(jiǎn)介西綜2號(hào)樓A403粉體力學(xué)西綜2號(hào)樓A403粉體力學(xué)

課程簡(jiǎn)介力學(xué)靜力學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)力學(xué)固體力學(xué)流體力學(xué)其他

課程簡(jiǎn)介固體力學(xué)萌芽時(shí)期：公元前二千多年前，中國(guó)和世界其他文明古國(guó)開(kāi)始建造有力學(xué)思想的建筑物、簡(jiǎn)單的車(chē)船和狩獵工具等。隋開(kāi)皇中期(公元591～599年)建造的趙州石拱橋，已蘊(yùn)含了近代桿、板、殼體設(shè)計(jì)的一些基本思想。發(fā)展時(shí)期：實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累和17世紀(jì)物理學(xué)的成就，為固體力學(xué)理論的發(fā)展準(zhǔn)備了條件。18世紀(jì)，制造大型機(jī)器、建造大型橋梁和大型廠(chǎng)房這些社會(huì)需要，成為固體力學(xué)發(fā)展的推動(dòng)力。此后，主要經(jīng)歷了四個(gè)階段：①基本概念形成的階段；②解決特殊問(wèn)題的階段；③建立一般理論、原理、方法、數(shù)學(xué)方程的階段；④探討復(fù)雜問(wèn)題的階段。這一時(shí)期，固體力學(xué)基本上是沿著研究彈性規(guī)律和研究塑性規(guī)律，這樣兩條平行的道路發(fā)展的，而彈性規(guī)律的研究開(kāi)始較早。2023/1/116

課程簡(jiǎn)介流體力學(xué)萌芽時(shí)期：約2200年前，希臘學(xué)者阿基米德的“論浮體”發(fā)展時(shí)期：1687年牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中討論了流體阻力、波浪運(yùn)動(dòng)等內(nèi)容，使流體力學(xué)成為力學(xué)中的一個(gè)獨(dú)立分支。此后，主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：伯努利液體運(yùn)動(dòng)的能量估計(jì)及歐拉液體運(yùn)動(dòng)的解析方法，為研究液體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律奠定了理論基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上形成了一門(mén)屬于數(shù)學(xué)的古典“水動(dòng)力學(xué)”實(shí)際粘性流體的基本運(yùn)動(dòng)方程——N-S方程，奠定了理論基礎(chǔ)。以實(shí)驗(yàn)方法來(lái)制定經(jīng)驗(yàn)公式的“實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)”。19世紀(jì)末，理論分析方法和實(shí)驗(yàn)分析方法相結(jié)合，解決實(shí)際問(wèn)題，同時(shí)古典流體力學(xué)和實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)內(nèi)容也不斷更新變化(相似理論和量綱分析，邊界層理論和紊流理論等)，最終形成理論與實(shí)踐并重的研究實(shí)際流體模型的現(xiàn)代流體力學(xué)。2023/1/1172023/1/118

課程簡(jiǎn)介粉體

緒論

WilliamBlake（1757-1827）威廉·布萊克：英國(guó)詩(shī)人、水彩畫(huà)家、版畫(huà)家——《天真的預(yù)言》（AuguriesofInnocence，1863）開(kāi)頭著名4句：

Toseetheworldinagrainofsand一沙一世界

Andaheaveninawildflower一花一天國(guó)

Holdinfinityinthepalmofyourhand君掌盛無(wú)邊

Andeternityinanhour剎那含永劫

緒論

Toseeaworldinagrainofsand貝殼、殘骨、碎石…造物者在細(xì)沙間留下痕跡由熔化的巖漿凝固后形成的像雨花石的沙粒

緒論

Toseeaworldinagrainofsand淺綠色的橄欖石富含鐵，密度大，抗風(fēng)化，經(jīng)得起百萬(wàn)年的波浪沖刷有些沙粒是由海洋生物尸體形成的，這也是許多熱帶海灘的主要成分

緒論

Toseeaworldinagrainofsand粉紅色和紅色的沙粒是石榴石；中間淺綠色的是綠簾石；角形的黑色磁鐵礦石典型的沙漠沙粒，高強(qiáng)度、長(zhǎng)時(shí)間碰撞和磨損，紅色是來(lái)自空氣中的氧化鐵覆蓋形成

緒論

一粒沙石（單個(gè)顆粒）是固體，沙堆（顆粒群）是固體？流體？

史前，植物種子————粉末明代宋應(yīng)星的《天工開(kāi)物》，詳細(xì)的描述和總結(jié)了一些原始的粉體工藝加工過(guò)程。但當(dāng)時(shí)未命名為“粉體”?；瘖y品源于新石器時(shí)代陶器與粉體密切聯(lián)系2023/1/1114

緒論

緒論●學(xué)科背景——交叉學(xué)科化學(xué)工程師和選礦工程師：利用粉體技術(shù)解決很多實(shí)際問(wèn)題

結(jié)構(gòu)和土木工程師：建造粉體料倉(cāng)物理化學(xué)學(xué)家和物理學(xué)家：研究粘結(jié)力和摩擦力的控制因素?cái)?shù)學(xué)和土力學(xué)學(xué)者：需要借助于計(jì)算機(jī)解決一些數(shù)學(xué)問(wèn)題

緒論●研究?jī)?nèi)容

粉體技術(shù)學(xué)科：是一門(mén)交叉性、綜合性的技術(shù)科學(xué)。由于其跨學(xué)科、跨技術(shù)的交叉性和基礎(chǔ)理論的綜合性，因此它既與若干基礎(chǔ)科學(xué)相毗鄰，又與工程應(yīng)用廣泛聯(lián)系。

粉體力學(xué)課程：主要研究粉粒體的力學(xué)行為和特性，是研究、開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)粉粒體處理單元工藝、工程和設(shè)備的重要基礎(chǔ)，對(duì)過(guò)程裝備與控制工程、安全工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生全面掌握流程型工業(yè)的過(guò)程及裝備具有重要的作用。

緒論●研究?jī)?nèi)容

20世紀(jì)60-70年代：由于石化、能源和礦山技術(shù)的發(fā)展，粉體力學(xué)及工程技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在世界各地出版了各種版本的顆粒學(xué)專(zhuān)著，這些專(zhuān)著對(duì)粉體力學(xué)和工程的理論與應(yīng)用發(fā)展起到很大的推動(dòng)作用。

緒論●研究?jī)?nèi)容20世紀(jì)80年代：隨著微米和超細(xì)顆粒材料制備與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，致使微米和超細(xì)顆粒成為粉體技術(shù)的熱門(mén)研究課題——微米和超細(xì)顆粒與傳統(tǒng)粉體的性能和行為差異很大。

20世紀(jì)90年代：納米材料制備與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展賦予了粉體技術(shù)新的生命，從原子和分子的微觀尺度和納米尺度來(lái)研究粉體的行為，使粉體理論和技術(shù)成為一門(mén)多學(xué)科交叉的尖端學(xué)科。約翰·艾特肯博士寫(xiě)道：“漂浮在大氣中的塵埃引起了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。隨著對(duì)這些看不見(jiàn)的粉塵認(rèn)識(shí)的加深，我們的興趣也濃厚了。當(dāng)我們認(rèn)識(shí)到這些塵埃對(duì)我們的生命至關(guān)重要時(shí)，我們幾乎可以說(shuō)，人們對(duì)它的擔(dān)憂(yōu)是不無(wú)道理的。無(wú)論是小到經(jīng)過(guò)許多倍顯微鏡放大后也看不見(jiàn)的那些無(wú)機(jī)塵埃，還是漂浮在大氣層內(nèi)不可見(jiàn)的更大一點(diǎn)的有機(jī)粒子；盡管這些粒子看不見(jiàn)，但它們可是傳播人類(lèi)疾病和死亡的瘟神——這些瘟神遠(yuǎn)比詩(shī)人或畫(huà)家曾表現(xiàn)出來(lái)的要真實(shí)的多……”環(huán)境污染控制領(lǐng)域跨學(xué)科、跨行業(yè)的綜合性極強(qiáng)材料、冶金、化工、礦業(yè)、機(jī)械、建筑、食品、醫(yī)藥、能源、電子及環(huán)境工程等。2023/1/1119

緒論

緒論●工業(yè)背景

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的認(rèn)定，社會(huì)經(jīng)濟(jì)過(guò)程中的全部產(chǎn)品通常分為四類(lèi)

硬件產(chǎn)品（hardware）

軟件產(chǎn)品（software）

流程型材料產(chǎn)品（processedmaterial）

服務(wù)產(chǎn)品（service）

緒論●工業(yè)背景

在21世紀(jì)初，我國(guó)和世界上各主要發(fā)達(dá)國(guó)家都已經(jīng)把“先進(jìn)制造技術(shù)”列為自己國(guó)家優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略性高技術(shù)之一。通常，先進(jìn)制造技術(shù)主要是指硬件產(chǎn)品的先進(jìn)制造技術(shù)和流程型材料產(chǎn)品的先進(jìn)制造技術(shù)。

流程型材料：氣體、液體、粉體

緒論●工業(yè)背景

自然界中：粉體是常見(jiàn)的一種物質(zhì)存在形式，如：河沙、粉塵等

日常生活中：粉體是不可缺少的生活用品，如：食鹽、米、面粉、洗衣粉等

工業(yè)生產(chǎn)中：粉體有著更重要的位置；如：食品、醫(yī)藥、電子、冶金、礦山、能源等工業(yè)中，粉體不僅是重要的原料，也是重要的產(chǎn)品

緒論●工業(yè)背景

化學(xué)工業(yè)中：約60%的產(chǎn)品是粉體。如果加上粉體懸浮在液體和氣體中的產(chǎn)品，粉體和含粉體的產(chǎn)品可達(dá)80%；考慮粉體原料和中間產(chǎn)物，在化學(xué)工業(yè)中粉體的處理量可達(dá)粉體產(chǎn)品的3-4倍。

粉體涉及廣泛的操作單元：儲(chǔ)存、輸運(yùn)、混合、分離、制粉、造粒、流態(tài)化等，涉及工程、力學(xué)、物理、化學(xué)、材料等學(xué)科的基礎(chǔ)理論和技術(shù)2023/1/112430202680美國(guó)各工業(yè)粉體銷(xiāo)售額

緒論

緒論●工業(yè)背景20世紀(jì)80年代，美國(guó)一家咨詢(xún)公司對(duì)美國(guó)和加拿大的37家與粉體有關(guān)（原料或產(chǎn)品）的工廠(chǎng)作了調(diào)研，得到如下結(jié)論：2/3工廠(chǎng)的運(yùn)行負(fù)荷小于90%的設(shè)計(jì)負(fù)荷；1/3工廠(chǎng)的運(yùn)行負(fù)荷小于60%的設(shè)計(jì)負(fù)荷；20世紀(jì)80年代與60年代的設(shè)計(jì)水平相當(dāng)。

緒論●工程應(yīng)用在工程領(lǐng)域中，粉體和散料的處理被稱(chēng)為粉體技術(shù)，是過(guò)程工業(yè)的重要組成。粉體材料性能的變化或轉(zhuǎn)化：

粉碎、聚集、混合和偏析。

單個(gè)顆粒加工

顆粒群加工粉體的處理過(guò)程：存儲(chǔ)、輸運(yùn)

不增值但不可少增加產(chǎn)品附加值

緒論

粉體力學(xué)性能有其特殊性：

類(lèi)固體行為

類(lèi)流體行為

顆粒群界面行為與其他物質(zhì)以分子和原子作為研究對(duì)象相異，粉粒體一般以單個(gè)顆粒作為最基本的單元2023/1/1127●課程沿革

緒論

20世紀(jì)40年代：第一部專(zhuān)著——Mircromeritics20世紀(jì)50年代：戰(zhàn)后的日本——粉體工程20世紀(jì)50年代：德國(guó)Karlsruhe（卡爾斯魯厄）大學(xué)化工機(jī)械系——Rumpf，開(kāi)設(shè)“粉體工程”20世紀(jì)60年代：英國(guó)Bradford（布拉德福德）大學(xué)化學(xué)工程系——

Williams博士，粉體技術(shù)研究生院（GraduateSchoolofPost-graduateStudiesinPowderTechnology），“PowderTechnology”創(chuàng)刊2023/1/1128●課程沿革

緒論20世紀(jì)70年代：20多家跨國(guó)公司集資成立“國(guó)際細(xì)粉學(xué)會(huì)”（InternationalFineParticleResearchInstitute）。每年出資設(shè)立項(xiàng)目解決與粉體有關(guān)的生產(chǎn)問(wèn)題及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究，現(xiàn)已發(fā)展為約40家成員公司。20世紀(jì)90年代：美國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)每4年舉辦一次“顆粒技術(shù)論壇”。2023/1/1129●課程沿革

緒論1990年：“顯微隧道掃描技術(shù)國(guó)際會(huì)議”預(yù)示納米技術(shù)的誕生，之后每2年舉辦一次“納米技術(shù)國(guó)際會(huì)議”。20世紀(jì)80年代：在中科院過(guò)程研究所（原化冶院）郭慕孫院士的建議下成立了“中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)”。2023/1/1130●課程沿革

在選礦和許多化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域，了解粉體和散料的填充和流動(dòng)的控制因素是非常必要的。

料倉(cāng)內(nèi)粉體的貯存，松散的粘連聚集，密實(shí)堅(jiān)強(qiáng)壓實(shí)物的制造等均需要填充物的幾何尺寸參數(shù)以及通過(guò)它們力的傳遞信息；通過(guò)料倉(cāng)出口的排料，通過(guò)錐斗或斜槽的流動(dòng)，混合流動(dòng)，盲孔處的填充等均需要流型、粉體的強(qiáng)度以及它們對(duì)表面的粘附信息。2023/1/1131

緒論●課程內(nèi)容2023/1/1132

緒論●課程內(nèi)容

緒論2023/1/1133●課程內(nèi)容

在粉體處理過(guò)程中，粒子或顆粒彼此間密切接觸，在它們的聚集體內(nèi)所發(fā)生的一切行為很大程度上是由顆粒間的粘附和摩擦所控制的。在涉及固相、流體相占主導(dǎo)地位的其它工藝過(guò)程中，例如，通過(guò)固定床的流動(dòng)、流化床系統(tǒng)、一些水力或氣力輸送系統(tǒng)、粉塵捕集器等，其裝置的設(shè)計(jì)和操作需要借助于粉體力學(xué)的知識(shí)。同樣，當(dāng)固相起主要作用時(shí)，粉體力學(xué)的知識(shí)是必須的。2023/1/1134

緒論●課程內(nèi)容2023/1/1135

緒論●課程內(nèi)容1852年：Hagen研究了砂子的流動(dòng)問(wèn)題；1885年：OsborneReynolds觀察到沙堆在變形期間的膨脹特性

粉體力學(xué)本應(yīng)與流體力學(xué)并行發(fā)展，然而，粉體力學(xué)發(fā)展較慢。只是在現(xiàn)在，當(dāng)需要開(kāi)發(fā)新的粉體，過(guò)程裝備需要自動(dòng)化，大量細(xì)粉物料需要處理時(shí)，粉體力學(xué)的原理及應(yīng)用正面臨新的挑戰(zhàn)。2023/1/1136

緒論●課程內(nèi)容

粉體力學(xué)與土力學(xué)的基本方程的相同點(diǎn)：Coulomb（1776年）和Rankine（1857年）早期開(kāi)展的沙堆摩擦行為的研究為基礎(chǔ)。

粉體力學(xué)與土力學(xué)的基本方程的不同點(diǎn)：

（1）一些具有黏著行為的粉體，在土力學(xué)中被看作是自由流動(dòng)的。因此，必須建立適用于粉體的測(cè)試方法。在這個(gè)研究方向Dawes(1952年)和Jenike等（1960年）取得了重要進(jìn)展。2023/1/1137

緒論●課程內(nèi)容38緒論

緒論●課程內(nèi)容H.A.Janssen

19世紀(jì)末德國(guó)布來(lái)梅市的工程師39A.W.Jenike緒論1939年畢業(yè)于華沙理工學(xué)院的機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)；二戰(zhàn)后在英國(guó)獲得了結(jié)構(gòu)工程博士學(xué)位

緒論●課程內(nèi)容

粉體力學(xué)與土力學(xué)的基本方程的不同點(diǎn)：

（2）在大多數(shù)情況下，粉體力學(xué)的邊界條件與土力學(xué)是不同的。Jenike（1961年）和Richmond、Gardner（1962年）已經(jīng)得出一些近似解。

（3）粉體比土力學(xué)中常見(jiàn)的物質(zhì)可經(jīng)受較大的變形。Geniev（1958年）已經(jīng)研究了粉體的運(yùn)動(dòng)方程，Brown（1961年）對(duì)自由流動(dòng)的顆粒提出了能量理論。40

緒論●課程內(nèi)容各行業(yè)獨(dú)立處理各自遇到的粉粒體技術(shù)問(wèn)題各行業(yè)在粉體研究中的共性問(wèn)題聚集起來(lái)——粉體工程學(xué)操作單元:粉體的儲(chǔ)存、輸送、混合、分離、制粉、造粒、流態(tài)化等操作單元（工程、力學(xué)、物理、化學(xué)材料等）粉體操作單元的設(shè)計(jì)

經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)半理論的結(jié)果2023/1/1141

緒論粉體工程的研究?jī)?nèi)容42粉體力學(xué)是粉體工程的理論基礎(chǔ)粉體工程材料、冶金、化學(xué)工程、礦業(yè)、機(jī)械、建筑、食品、醫(yī)藥、能源、電子、環(huán)境工程……按產(chǎn)品類(lèi)別劃分工業(yè)部門(mén)將粉體看成物質(zhì)的一種特殊存在形式——粉體工程學(xué)誕生

緒論●課程內(nèi)容粉體的流動(dòng)氣固兩相流造粒粉碎混合顆粒分級(jí)粉碎機(jī)械力化學(xué)微細(xì)粉的燃燒和粉塵爆炸粉體喂料及計(jì)量設(shè)備礦物粉體表面改性……43

緒論●課程內(nèi)容粉體的流動(dòng)44

緒論●課程內(nèi)容粉體的流動(dòng)

緒論●課程內(nèi)容粉體的流動(dòng)

緒論●課程內(nèi)容粉體的流動(dòng)47

緒論●課程內(nèi)容粉體的流動(dòng)48

緒論●課程內(nèi)容粉體的流動(dòng)49

緒論●課程內(nèi)容氣固兩相流51

緒論●課程內(nèi)容混合52

緒論●課程內(nèi)容混合53

緒論●課程內(nèi)容混合54

緒論●課程內(nèi)容混合2023/1/1155

緒論●課程內(nèi)容混合2023/1/1156

緒論●課程內(nèi)容1緒論●課程內(nèi)容

1緒論●課程內(nèi)容

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1緒論●課程內(nèi)容

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1緒論●課程內(nèi)容

1緒論●課程內(nèi)容

1緒論●課程內(nèi)容粉體的類(lèi)流體行為

粉體的基本定義米粒大麥米粉面粉磨×塊粉各個(gè)單獨(dú)的固體顆粒的集合體，我們把這種集合體稱(chēng)為粉體，是對(duì)實(shí)物“粉”這種物體抽象化的判斷。粒粉××2023/1/1165顆粒粉體粉體的基本定義2023/1/1166粉體的固有特性：粉體——固體：粉體具有異常發(fā)達(dá)的比表面積。粉體是松散體，各顆粒間相對(duì)位置容易變動(dòng)。粉體幾乎沒(méi)有剛度，容易變形和傾瀉，容易發(fā)生顆粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。粉體的基本定義2023/1/1167粉體的固有特性：粉體——固體：粉體——流體：流體具有流動(dòng)性；粉體顆粒間容易發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)是由于粉具有松散性，并不像流體那樣具有流動(dòng)性。流體是宏觀上的連續(xù)體，而粉體是各個(gè)獨(dú)立的松散的顆粒的集合體，顆粒之間有空隙，空隙中填充著空氣和水，所以粉體不是連續(xù)體，具有顯著的不連續(xù)性。一杯水、一杯粉料倉(cāng)中粉的結(jié)拱、堵塞，裝卸時(shí)發(fā)生的急沖、泛溢等現(xiàn)象都是因?yàn)榉鄣牟贿B續(xù)性而造成的。粉體學(xué)(micromeritics)：研究具有各種形狀的粒子集合體性質(zhì)的科學(xué)。液體相似的流動(dòng)性；氣體相似的壓縮性；固體相似的抗變形性；“第四種物態(tài)”多數(shù)固體制劑根據(jù)不同需要把粒子加工以改善粉體性質(zhì)粉體粉體的基本定義2023/1/1168粉體的基本定義2023/1/1169料倉(cāng)無(wú)論儲(chǔ)藏的是水泥或是碎石塊，側(cè)壓和底壓隨高度的變化關(guān)系都服從于同一規(guī)律。設(shè)計(jì)料倉(cāng)時(shí)，碎石塊也可以作為粉體來(lái)處理————粉體顆粒尺寸的上限無(wú)明確標(biāo)明