演示文稿粉體密及流動性

演示文稿粉體密度及流動性目前一頁\總數(shù)八十三頁\編于三點（優(yōu)選）粉體密度及流動性目前二頁\總數(shù)八十三頁\編于三點3第一節(jié)粉體的密度粉體的密度是指單位體積粉體的質(zhì)量。粉體的密度根據(jù)所指的體積不同分為：真密度、顆粒密度、松密度一、粉體密度的概念目前三頁\總數(shù)八十三頁\編于三點41、真密度（truedensity)ρt

材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量

是指粉體質(zhì)量（w）除以不包括顆粒內(nèi)外空隙的體積（真體積Vt）求得的密度。ρt=w/Vt目前四頁\總數(shù)八十三頁\編于三點52、顆粒密度（granuledensity)ρg是指粉體質(zhì)量除以包括開口細孔與封閉細孔在內(nèi)的顆粒體積Vg所求得密度。ρg=w/Vg目前五頁\總數(shù)八十三頁\編于三點6指粉體質(zhì)量除以該粉體所占容器的體積V（堆積體積：包括顆粒體積及顆粒之間空隙的體積）求得的密度，亦稱堆積密度(表觀密度、容積密度)。3、松密度（bulkdensity)ρbρb=w/V目前六頁\總數(shù)八十三頁\編于三點7填充粉體時，經(jīng)一定規(guī)律振動或輕敲后測得的密度稱振實密度（tapdensity）ρbt。4、振實密度（tapdensity）ρbtρbt=w/V若顆粒致密，無細孔和孔洞，則ρt=ρg

一般：ρt≥ρg

＞ρbt≥ρb目前七頁\總數(shù)八十三頁\編于三點8（一）真密度與顆粒粒度的測定：

常用的方法是用液體或氣體將粉體置換的方法。液浸法：采用加熱或減壓脫氣法測定粉體所排開

的液體體積，即為粉體的真體積。二、粉體密度的測定方法目前八頁\總數(shù)八十三頁\編于三點9比重瓶法測量原理：將粉體置于加有液體介質(zhì)的容器中，并讓液體介質(zhì)充分浸透到粉體顆粒的開孔中。根據(jù)阿基米德原理，測出粉體的顆粒體積，進而計算出單位顆粒體積的質(zhì)量。比重瓶法測定基本步驟：（1）比重瓶體積的標定（2）粉體質(zhì)量的稱量（3）粉體體積的測定目前九頁\總數(shù)八十三頁\編于三點10將粉體裝入容器中所測得的體積包括粉體真體積、粒子內(nèi)空隙、粒子間空隙等。測量容器的形狀、大小、物料的裝填速度及裝填方式等均影響粉體體積。不施加外力時所測得的密度為松密度施加外力而使粉體處于最緊充填狀態(tài)下所測得的密度是振實密度。（二）松密度與振實密度的測定目前十頁\總數(shù)八十三頁\編于三點11松裝密度測定裝置一(a)裝配圖(b)流速漏斗

(c)量杯

目前十一頁\總數(shù)八十三頁\編于三點12松裝密度測定裝置二(1)漏斗(2)阻尼箱(3)阻尼隔板(4)量杯(5)支架目前十二頁\總數(shù)八十三頁\編于三點13空隙率（porosity）是粉體中空隙所占有的比率。粒子內(nèi)空隙率內(nèi)=（Vg-Vt）/Vg=1-g/t

粒子間空隙率間=（V-Vg）/V=1-b/g

總空隙率總=（V-Vt）/V=1-b/t三、粉體的空隙率目前十三頁\總數(shù)八十三頁\編于三點14在一定填充狀態(tài)下，顆粒體積占粉體體積的比率四、粉體的填充率目前十四頁\總數(shù)八十三頁\編于三點15第二節(jié)粉體的流動性粉體的流動性（flowability）與粒子的形狀、大小、表面狀態(tài)、密度、空隙率等有關(guān)。粉體的流動包括重力流動、壓縮流動、流態(tài)化流動等。一、粉體的流動性目前十五頁\總數(shù)八十三頁\編于三點16種類現(xiàn)象或操作流動性的評價方法重力流動瓶或加料斗中的流出旋轉(zhuǎn)容器型混合器，充填流出速度，壁面摩擦角休止角，流出界限孔徑振動流動振動加料，振動篩充填，流出休止角，流出速度，壓縮度，表觀密度壓縮流動壓縮成形（壓片）壓縮度，壁面摩擦角內(nèi)部摩擦角流態(tài)化流動流化層干燥，流化層造粒顆?；蚱瑒┑目諝廨斔托葜菇牵钚×骰俣饶壳笆揬總數(shù)八十三頁\編于三點17粉體的摩擦角粉體流動即顆粒群從運動狀態(tài)變?yōu)殪o止狀態(tài)所形成的角是表征粉體流動狀況的重要參數(shù)。

由于顆粒間的摩擦力和內(nèi)聚力而形成的角統(tǒng)稱為摩擦角。二、粉體流動性的評價與測定方法目前十七頁\總數(shù)八十三頁\編于三點18休止角是粉體堆積層的自由斜面在靜止的平衡狀態(tài)下，與水平面所形成的夾角。用表示，越小流動性越好可視為粉體的“粘度”

常用的測定方法：注入法排出法傾斜角法1、休止角（安息角）(

angleofrepose)<<目前十八頁\總數(shù)八十三頁\編于三點19休止角的測定方法rh將粉體注入到某一有限直徑的圓盤中心上，直到粉體堆積層斜邊的物料沿圓盤邊緣自動流出為止，停止注入，測定休止角θ。tan=h/r目前十九頁\總數(shù)八十三頁\編于三點20崩塌角：測定休止角后，將重物至某定高處自由

落下，使料堆產(chǎn)生振動，此時形成的錐角。差角：休止角－崩塌角目前二十頁\總數(shù)八十三頁\編于三點對于細顆粒，安息角與粉體從容器流出的速度、容器的提升速度、轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)速度有關(guān)。安息角不是細顆粒的基本物性幾點討論：球形顆粒：a=23～28°，流動性好。規(guī)則顆粒：a≈30°，流動性較好。不規(guī)則顆粒：a≈35°，流動性一般。極不規(guī)則顆粒：a＞40°，流動性差。21目前二十一頁\總數(shù)八十三頁\編于三點22影響休止角的因素（1）顆粒的形狀，粒子越接近于球形，其休止角

越小（2）顆粒的大?。?）粉體的填充狀態(tài)對于不同粉體，空隙率越大，填充越困難，休止角越大對于同種粉體，空隙率越小，休止角越大（接觸點增多）（4）振動（5）粉料中通入壓縮空氣時，休止角顯著地減小目前二十二頁\總數(shù)八十三頁\編于三點23是將物料加入漏斗中，測量全部物料流出所需的時間，即為流出速度。粉體流動性差時可加入100μm的玻璃球助流。流出速度越大，粉體流動性越好。2、流出速度(flowvelocity)目前二十三頁\總數(shù)八十三頁\編于三點24流出速度的測定M：流出粉體的總質(zhì)量S：粉體比表面積R：粗糙度系數(shù)S0：小孔面積目前二十四頁\總數(shù)八十三頁\編于三點251.增大粒子大小對于粘附性的粉狀粒子進行造粒，以減少粒子間的接觸點數(shù)，降低粒子間的附著力、凝聚力。2.粒子形態(tài)及表面粗糙度球形粒子的光滑表面，能減少接觸點數(shù)，減少摩擦力。3.含濕量適當干燥有利于減弱粒子間的作用力。4.加入助流劑的影響加入0.5%～2%滑石粉、微粉硅膠等助流劑可大大改善粉體的流動性。但過多使用反而增加阻力。粉體流動性的影響因素與改善方法目前二十五頁\總數(shù)八十三頁\編于三點263、內(nèi)摩擦角粉體層受力小，粉體層外觀上不產(chǎn)生變化作用力達到極限應(yīng)力，粉體層突然崩壞極限應(yīng)力狀態(tài)，由一對正壓力和剪應(yīng)力組成在粉體層任意面上加一垂直應(yīng)力，并逐漸增加該層面的剪應(yīng)力，當剪應(yīng)力達到某一值時，粉體層將沿此面滑移。目前二十六頁\總數(shù)八十三頁\編于三點27庫侖定律：在粉體層中，壓應(yīng)力和剪應(yīng)力之間有一個引起破壞的極限。即在粉體層的任意面上加一定的垂直應(yīng)力，若沿這一面的剪應(yīng)力逐漸增加，當剪應(yīng)力達到某一值時，粉體沿此面產(chǎn)生滑移。微元體在力作用下的變形與運動目前二十七頁\總數(shù)八十三頁\編于三點28庫侖定律實驗表明，粉體開始滑移時，滑移面上的切應(yīng)力τ

是正應(yīng)力σ的函數(shù)當粉體開始滑移時，若滑移面上的切應(yīng)力τ與正應(yīng)

力σ成正比目前二十八頁\總數(shù)八十三頁\編于三點29C：初抗剪強度，與顆粒間附著力有關(guān)C=0，可忽視粉體顆粒間的附著力，因此流動性好C≠0，屬于粘性粉體。影響初抗剪強度的因素：溫度，粒度及粒度分布，存放時間和填充程度等。長期存放時間，C急劇增加；振動，C急劇增加。目前二十九頁\總數(shù)八十三頁\編于三點30內(nèi)摩擦角：粉體層上任意一點的應(yīng)力關(guān)系NFNGF物體在平面或斜面運動示意圖目前三十頁\總數(shù)八十三頁\編于三點31莫爾圓：用二元應(yīng)力系分析粉體層中某一點的應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)莫爾理論，在粉體層內(nèi)任意一點上的壓應(yīng)力，剪應(yīng)力τ，可用最大主應(yīng)力1

、最小主應(yīng)力3

，以及、τ的作用面和1的作用面之間的夾角θ來表示，粉體層相對應(yīng)力的莫爾圓目前三十一頁\總數(shù)八十三頁\編于三點32目前三十二頁\總數(shù)八十三頁\編于三點庫侖粉體：符合庫侖定律的粉體粉體流動和臨界流動的充要條件莫爾-庫侖定律：粉體內(nèi)任一點的莫爾應(yīng)力圓在IYF的下方時，粉體將處于靜止狀態(tài)；粉體內(nèi)某一點的莫爾應(yīng)力圓與IYF相切時，粉體處于臨界流動或流動狀態(tài)。IYF目前三十三頁\總數(shù)八十三頁\編于三點τ-σ線為直線a：處于靜止狀態(tài)τ-σ線為直線b：臨界流動狀態(tài)/流動狀態(tài)τ-σ線為直線c：不會出現(xiàn)的狀態(tài)粉體處于靜止粉體沿該平面滑移不會發(fā)生目前三十四頁\總數(shù)八十三頁\編于三點35內(nèi)摩擦角的確定直剪試驗把圓形盒或方形盒重疊起來，將粉體填充其中，在鉛垂壓力的作用下，再由一盒或中盒施加剪切力，逐漸加大剪切力，當達到極限應(yīng)力狀態(tài)時，重疊的盒子錯動。測定錯動瞬時的剪切力，記錄數(shù)據(jù)1—砝碼2—上盒3中盒4—下盒圖直剪試驗

目前三十五頁\總數(shù)八十三頁\編于三點36垂直應(yīng)力/9.8×104Pa0.2530.5050.7551.01剪切應(yīng)力τ/9.8×104Pa0.4500.5370.6290.718目前三十六頁\總數(shù)八十三頁\編于三點37有效內(nèi)摩擦角以比壓實荷重小的不同垂直作用力進行剪切實驗，由得到的τ和作圖，得粉體屈服軌跡。粉體屈服軌跡有效屈服軌跡和有效內(nèi)摩擦角目前三十七頁\總數(shù)八十三頁\編于三點384、壁摩擦角和滑動摩擦角壁面摩擦角：粉體與壁面之間的摩擦角。滑動角：在某材料的斜面上放上粉體，再慢慢地使其傾斜，當粉體滑動時，板面和水平面所形成的夾角。研究旋風(fēng)分離收集料斗中顆粒沿錐壁下降時用此角目前三十八頁\總數(shù)八十三頁\編于三點39壓縮度表示物質(zhì)壓縮的程度，是粉體流動性的重要指標，其大小反映粉體的凝聚性、松軟狀態(tài)。

C=(ρbt-ρb)/ρbt×100%C為壓縮度；ρb為最松密度；ρbt為振實密度。壓縮度20%以下流動性較好。壓縮度增大時流動性下降。5、壓縮度(compressibility)目前三十九頁\總數(shù)八十三頁\編于三點40（1）壓縮方式：靜壓縮：對整個表面均勻的壓縮沖擊壓縮：撞擊壓縮、錘擊壓縮、爆炸壓縮壓縮機理目前四十頁\總數(shù)八十三頁\編于三點41

壓縮使粉體粒子之間和粒子內(nèi)部發(fā)生的變化：（1）粉體粒子間相互推擠，加壓的能量消耗在粒子

間的摩擦上（2）粉體內(nèi)的架橋崩潰，加壓能消耗在粉體和器壁

的摩擦上（3）粉體粒子間的物理嚙合，加壓能消耗在粒子變

形上及作為殘余應(yīng)力（4）粉體粒子的破壞，加壓能消耗在粒子的變形和

破壞（2）壓縮過程目前四十一頁\總數(shù)八十三頁\編于三點拱橋效應(yīng)：實際上顆粒不是球形，加上表面粗糙，其互相交錯咬合，形成拱橋空間42當粉體顆粒B落在A上，粉體B受到的重力為G，則在接觸處產(chǎn)生反作用力，其合力為P，大小與G相等，但方向相反。粉體自由堆積的孔隙率往往比理論計算值大很多目前四十二頁\總數(shù)八十三頁\編于三點43電動機物料固定螺絲V0V1ρbtρb壓縮度的測定目前四十三頁\總數(shù)八十三頁\編于三點44測定壓縮度儀器———輕敲測定儀目前四十四頁\總數(shù)八十三頁\編于三點456、開放屈服強度fc粉體結(jié)拱現(xiàn)象開放屈服強度：與自由表面相垂直的表面上只有正應(yīng)力而無切應(yīng)力。此正應(yīng)力是使拱破環(huán)的最大正應(yīng)力，該值是粉體的物性。目前四十五頁\總數(shù)八十三頁\編于三點46目前四十六頁\總數(shù)八十三頁\編于三點47開放屈服強度測定在一個筒壁無摩擦的、理想的圓柱形圓筒內(nèi)，使粉體在一定的密實最大主應(yīng)力作用下壓實。然后，取去圓筒，在不加任何側(cè)向支承的情況下，觀測變化情況。目前四十七頁\總數(shù)八十三頁\編于三點48如果被密實的粉體試樣不倒塌，（b）所示，則說明其具有一定的密實強度，這一密實強度就是開放屈服強度。倘若粉體試樣倒塌了，（c）所示，則說明這種粉體的開放屈服強度=0。開放屈服強度值小的粉體，流動性好，不易結(jié)拱。

目前四十八頁\總數(shù)八十三頁\編于三點497、流動函數(shù)流動函數(shù)FF<22<FF<44<FF<10FF>10粉體的流動性強粘附性流不動有粘附性不易流出易流動自由流動粉體的團聚性強團聚性團聚性輕微團聚性不團聚目前四十九頁\總數(shù)八十三頁\編于三點50影響粉體流動的因素1、溫度和化學(xué)變化2、濕度3、粒度4、振動4、沖擊作用5、……目前五十頁\總數(shù)八十三頁\編于三點51第三節(jié)粉體間的作用力一、粘附與凝聚粘附性：指不同分子間產(chǎn)生的引力，如粉體的粒

子與器壁間的粘附；凝聚性(粘著性)：指同分子間產(chǎn)生的引力，如粒

子與粒子間發(fā)生的粘附而形成聚集體。目前五十一頁\總數(shù)八十三頁\編于三點52產(chǎn)生粘附性與凝聚性的主要原因：①干燥狀態(tài)下：范德華力、靜電力；②潤濕狀態(tài)下：主要由粒子表面存在的水分形成液體橋或由于水分的減少而產(chǎn)生的固體橋發(fā)揮作用。在液體橋中溶解的溶質(zhì)干燥而析出結(jié)晶時形成固體橋，這正是吸濕性粉末容易固結(jié)的原因。目前五十二頁\總數(shù)八十三頁\編于三點53二、分子間作用力作用于粉體粒子分子間的范德華力對于半徑分別為R1及R2的兩個球形顆粒，分子間作用力FM為：對于球與平板：h——顆粒間距，nmA——哈馬克（Hamaker）常數(shù)，J目前五十三頁\總數(shù)八十三頁\編于三點54【例】

同種物質(zhì)的直徑為1μm的球形顆粒，其密度為10×103kg/m3，當兩者表面相距0.01μm時，設(shè)

A＝10－20J，試判斷這兩個聚集的顆粒能否因重力作用而分離？目前五十四頁\總數(shù)八十三頁\編于三點55三、靜電作用荷電的途徑：（1）顆粒在其生產(chǎn)過程中顆?？勘砻婺Σ撩鎺щ姡?）與荷電表面接觸可使顆粒接觸荷電（3）氣態(tài)離子的擴散作用是顆粒帶電的主要途徑Q1、Q2——兩顆粒表面帶電量，Ca——兩顆粒的表面間距Dp——顆粒直徑目前五十五頁\總數(shù)八十三頁\編于三點56四、顆粒間的毛細管力液橋：粉體與固體或粉體顆粒之間的間隙部分存在液體時，稱為液橋單元操作：過濾、離心分離、造?？諝鉂穸龋?0～80％目前五十六頁\總數(shù)八十三頁\編于三點57ABpsp0凸面ABpsp0凹面ABABp0平面水平面:pl

=p0凸液面:pl>p0

凹液面:pl

<p0附加壓力：

ps=pl－p0=0ps=pl－p0>0ps=pl－p0<0彎曲表面下的附加壓力目前五十七頁\總數(shù)八十三頁\編于三點58特殊式（對球面）：一般式（對不規(guī)則曲面）：楊-拉普拉斯（Young-Laplace）公式R1、R2是某一曲面上最大和最小曲率半徑

目前五十八頁\總數(shù)八十三頁\編于三點59毛細管作用力：毛細管插入液體中，管中液面呈凹形，曲面受到向上的附加壓力，曲面下的液體受到的p＜p0，則管外液體被壓入管中而使管內(nèi)液面上升。凹液面上升h高度后，液柱靜壓力與凹面附加壓力ps相等而達平衡目前五十九頁\總數(shù)八十三頁\編于三點60ρl>>ρg：一般的曲率半徑R'與毛細管半徑R的關(guān)系毛細上升公式：目前六十頁\總數(shù)八十三頁\編于三點61顆粒間液橋模型圖目前六十一頁\總數(shù)八十三頁\編于三點62目前六十二頁\總數(shù)八十三頁\編于三點63設(shè)毛細管壓力作用在液面和球的接觸部分的斷面上，而表面張力平行于兩顆粒連線的分量作用在圓周上，則液橋附著力由下式表示：目前六十三頁\總數(shù)八十三頁\編于三點64如顆粒表面親水，當顆粒與顆粒相接觸（a＝0），且α＝100～400時，則

Fk＝（1.4～1.8）(顆?！w粒)

（顆?！桨澹┠壳傲捻揬總數(shù)八十三頁\編于三點對液體而言，滿足如下定律：（1）壓力與深度成正比即帕斯卡定律（2）同一液面上壓力相等，即連通器定律

對粉體，Jassen作如下假設(shè)：（1）容器內(nèi)的粉體層處于極限應(yīng)力狀態(tài)；（2）同一水平的垂直壓力恒定；（3）粉體的基本物性和填充狀態(tài)均一，故內(nèi)摩擦系數(shù)為常數(shù)第四節(jié)粉體壓力計算一、Janssen公式65目前六十五頁\總數(shù)八十三頁\編于三點66取h深處的微元層作為研究對象，當其受力平衡時，在鉛垂方向作受力分析為目前六十六頁\總數(shù)八十三頁\編于三點取h深處的微元層作為研究對象，當其受力平衡時，在鉛垂方向作受力分析為根據(jù)極限莫爾圓原理及假定1，對非粘性粉體，有

將上式整理后得

67目前六十七頁\總數(shù)八十三頁\編于三點積分后得：

68目前六十八頁\總數(shù)八十三頁\編于三點根據(jù)邊界條件可知，當時時，，得：

即：深度為時，粉體鉛垂壓力與高度的關(guān)系為：

∴

代入得：

69目前六十九頁\總數(shù)八十三頁\編于三點水平壓力若粉體層的上表層有外載荷p0

存在，則：時，，此時：70目前七十頁\總數(shù)八十三頁\編于三點二、料斗（錐體）的壓力分布*71目前七十一頁\總數(shù)八十三頁\編于三點以料斗的圓錐頂角為坐標原點，建立如圖所示的直角坐標系。取料斗中的微元，對該微元作垂直方向上的力平衡。先求與壁面垂直方向上單位面積的壓力

沿壁面長度方向上的摩擦力為：

72目前七十二頁\總數(shù)八十三頁\編于三點單元體部分粉體沿垂直方向的力平衡：

整理后得：式中：（與料斗形狀、壁材料、粉體性質(zhì)有關(guān)）73目前七十三頁\總數(shù)八十三頁\編于三點邊界條件：（1）若外壓為0，即：時，，有：74目前七十四頁\總數(shù)八十三頁\編于三點