1、粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 12粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 2Sd球1-11/36VVd36Vd球SSd1-232VSVSddd1-52366SVddd球球3粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 激光粒度仪激光粒度仪测试范围宽（最好的激光粒度仪的测量范围是测试范围宽（最好的激光粒度仪的测量范围是0.042000m mm，一般的也能达到一般的也能达到0.1-300m mm），
2、测试速度快（），测试速度快（1-3分钟分钟/次），自次），自动化程度高，操作简便，重复性和真实性好，可以测试干粉样动化程度高，操作简便，重复性和真实性好，可以测试干粉样品，可以测量混合粉、乳浊液和雾滴等品，可以测量混合粉、乳浊液和雾滴等4粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 激光粒度仪激光粒度仪5粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 2.1 粒度粒度激光粒度仪激光粒度仪大颗粒的衍射角小小颗粒的衍射角大2.1 粒度粒度夫琅霍夫夫琅霍夫(Fraunhofer)(F
3、raunhofer)衍射理论衍射理论颗粒直径远大于入射波长的情况，即几个微米至几百微米的测量；米氏米氏(Mie)(Mie)衍射理论衍射理论用于几个微米以下的测量。激光衍射法原理图激光衍射法原理图激光器激光束透镜样品池透镜衍射光束未衍射光束光传感器列阵中心传感器粉末2.1 粒度粒度8粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 激光粒度仪激光粒度仪9粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 激光粒度仪激光粒度仪10粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理
4、工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 激光粒径谱仪激光粒径谱仪OPSTSI 333011粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 库尔特库尔特(Coulter counter method)颗粒计数器及粒度分析仪颗粒计数器及粒度分析仪仪器利用库尔特原理（电阻变仪器利用库尔特原理（电阻变化原理），可对颗粒进行计数化原理），可对颗粒进行计数和粒度分析，适合样品包括：和粒度分析，适合样品包括：各类粉体、水中杂质粒子、油各类粉体、水中杂质粒子、油中杂质粒子、各种细胞、酵母、中杂质粒子、各种细胞、酵母、海藻、浮游生物、海水沉淀物、海
5、藻、浮游生物、海水沉淀物、大小输液、乳液、食品添加剂、大小输液、乳液、食品添加剂、涂料、染料、高分子聚合单体、涂料、染料、高分子聚合单体、生化制品等。生化制品等。粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 1-31-2SV 对于无孔颗粒，可由颗粒的比表面积求得：比表面积比表面积颗粒密度颗粒密度3S6PVdd1213粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 14最大稳
6、定度最大稳定度重心最低重心最低表面积S体积V三轴几何平均径：三轴几何平均径： 与颗粒外接长方体体积相等的立方体的棱长三轴平均值：三轴平均值：立体图形的算术平均三轴调和平均径三轴调和平均径： 与颗粒外接长方体比表面积相等的球的直径3lbh3lbh31/1/1/lbh粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 16粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 1718粉体力
7、学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 准确性？准确性？ Heywood径径19粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 LLd4aAd20粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 21粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 2223粉体力
8、学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 当颗粒通过粗筛网并停留在细筛网上当颗粒通过粗筛网并停留在细筛网上时，粗细筛孔的孔径范围称为筛分径。时，粗细筛孔的孔径范围称为筛分径。例如：例如：粉末的粒径为粉末的粒径为4560目表示该目表示该粉末可通过粉末可通过45目粗筛网，而停留在目粗筛网，而停留在60目筛网上。目筛网上。丝网筛丝网筛24粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 25粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞
9、刘凤霞 26粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 国际用标准：国际用标准：顺序排列的各层筛的筛孔尺寸形成以几何级数，顺序排列的各层筛的筛孔尺寸形成以几何级数，主序列的公比是主序列的公比是2 21/21/2=1.414=1.414，称为筛比。，称为筛比。主序列相邻的两层筛的筛孔的净面积相差一倍主序列相邻的两层筛的筛孔的净面积相差一倍插入好几个辅助系列插入好几个辅助系列27粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 我国的实验筛标准我国的实验筛标准GB6005-2008
10、参照参照ISO565-1990制定。制定。金属丝编织网筛（方孔）的筛孔尺寸从金属丝编织网筛（方孔）的筛孔尺寸从125mm到到20m mm穿孔板筛方形筛孔的尺寸从穿孔板筛方形筛孔的尺寸从125mm到到4mm圆形筛孔的尺寸从圆形筛孔的尺寸从125mm到到1nm电成型薄板方形和圆形筛孔尺寸从电成型薄板方形和圆形筛孔尺寸从500m mm到到4m mm实验室中已经使用小至实验室中已经使用小至1m mm的微孔筛的微孔筛标准筛筛孔的大小直接用筛孔的净尺寸表示标准筛筛孔的大小直接用筛孔的净尺寸表示28粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 英美
11、筛制以筛目作为筛号表示筛孔大小英美筛制以筛目作为筛号表示筛孔大小筛目就是每英寸长度上的筛孔数。筛目就是每英寸长度上的筛孔数。25.4ad (a，d单位mm)25.4ma d 29粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 30粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 101212110 121 21()/2,()/2,.,()/2,.,mmmmmmxddxddxdd
12、xd d xd dxdd 3132粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粒度特性曲线粒度特性曲线33粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 34粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 3536粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤
13、霞 1-6由沉降法所测的尺寸为由沉降法所测的尺寸为Stokes尺寸尺寸 f分别为沉降介质的粘性系数和密度分别为沉降介质的粘性系数和密度球形颗粒的等沉降速度球形颗粒的等沉降速度g重力加速度重力加速度18tstPfudgm37粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 1-6沉降法是根据不同粒径的颗粒在液体中的沉降速度不同测量粒沉降法是根据不同粒径的颗粒在液体中的沉降速度不同测量粒度分布的一种方法。度分布的一种方法。Stokes定律：在重力场中，悬浮在液体中的颗粒受重力、浮力定律：在重力场中，悬浮在液体中的颗粒受重力、浮力和粘滞阻力的作
14、用将发生运动，其运动方程就是和粘滞阻力的作用将发生运动，其运动方程就是Stokes定律。定律。18tstPfudgm(Natusch Wallace, 1974)不同粒径粒子在人体内的沉积位置不同粒径粒子在人体内的沉积位置39粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 MDI 二苯基甲烷二异氰酸酯二苯基甲烷二异氰酸酯DPI(Dry powder inhaler) 干粉吸入剂是一种利用专属干粉吸入剂是一种利用专属设备将药物以干粉形式传达设备将药物以干粉形式传达到肺部的制剂。到肺部的制剂。TSI 332140粉体力学粉体力学 大连理工大
15、学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 总采样气体经过等速分流成为鞘气和样气；样气经过喷嘴加速并在鞘气的包裹下通过激光检测器不同粒径的粒子经过喷嘴由于惯性作用会产生不同的加速度，从而导致通过检测器的时间产生先后；粒子的飞行时间与粒径一一对应，使得检测器得以甄别粒子。内喷嘴流量 1L/min外喷嘴/鞘气流量 4L/min总流量 5L/min滤膜和鞘气采样泵孔板流量计鞘气流量传感器总流量传感器二极管激光器滤膜和总采样泵加速孔检测点束流收集器椭圆定镜绝压传感器波形调整光路进样口41粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研
16、究设计所 刘凤霞刘凤霞 加速孔加速孔双束激光双束激光光散光散射信射信号转号转换为换为脉冲脉冲飞行时间飞行时间光散射光散射强度强度43粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 必须根据具体条件选用合适的方法必须根据具体条件选用合适的方法: :显微镜统计众多的颗粒直径，显微镜统计众多的颗粒直径，MartinMartin径或径或FeretFeret径径筛分法，以一个主尺寸（筛孔尺寸）表示颗粒的大小筛分法，以一个主尺寸（筛孔尺寸）表示颗粒的大小沉降法，用沉降速度当量直径表示颗粒的大小沉降法，用沉降速度当量直径表示颗粒的大小等体积球直径等表
17、面积球直径等效重量直径最短直径最长直径Stokes直径筛分直径45 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 2.1.6 粒度分布的数学描述粒度分布的数学描述46 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 2.1.6 粉体粒度分布的数学描述粉体粒度分布的数学描述12DD至ddDDF DF D21dDDF DD47 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 48 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程
18、研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 49 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 22211exp22=/iniiiDDdF DdDDDDfDDD 平均径；分布的标准偏差，即粒径对于平均径 的二次矩的平方根 =相对标准偏差越小，频度分布曲线越越小，频度分布曲线越“瘦瘦”，分布越窄。，分布越窄。当当=0.2时，有时，有68.3%颗粒的粒度集中在颗粒的粒度集中在 这一狭小范围内。把这一狭小范围内。把0.2的粉体近的粉体近似称为单分散的体系。似称为单分散的体系。0.2DD50 粉体力学粉体力学 大连理工大学流
19、体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 84.13505015.87DDDDD84.13、D15.89表示小于该D的累积百分数分别为84.13%和15.87%。51 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 22loglog22g2log1(loglog)(log)exp22(loglog)1()exp2log2log logloglog logloglogDDggggiggiiDDDFDDDF DDDfDDfDD几何平均径，几何标准偏差，52 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计
20、所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 正态分布正态分布对数正态分布对数正态分布对称对称非对称非对称53 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 相对频率相对频率d（）（）粒度粒度D(m)84.13505015.8784.13505015.87lglglglglglggggDDDDDDDD或54 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 如果累积分布在如果累积分布在对数正态对数正态概率纸概率纸上呈一条直线，表上呈一条直线，表明符合对数正态分布。明符合对
21、数正态分布。55 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 56 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 颗粒的尺寸分布（颗粒的尺寸分布（size distribution）表示方法：）表示方法：表格法、作图法。表格法、作图法。1000NdN其中的关系式有：100dNdN100d尺寸区间、平均尺寸、颗粒数、颗粒百分数、单尺寸区间、平均尺寸、颗粒数、颗粒百分数、单位尺寸区间的颗粒百分数、单位对数尺寸区间的位尺寸区间的颗粒百分数、单位对数尺寸区间的颗粒百分数。颗粒百分数
22、。表格法表格法 P2表表1-1表表1 1 某粉体颗粒尺寸的分布数据某粉体颗粒尺寸的分布数据xddddNyDN58尺寸分布图有尺寸分布图有尺寸频率分布图尺寸频率分布图积累尺寸分布图积累尺寸分布图作图法作图法 P2图图1-1图图1-4xd59 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 颗粒百分数达到颗粒百分数达到50%50%时的颗粒尺寸时的颗粒尺寸不能直观地反映出分布特征或状况不能直观地反映出分布特征或状况60 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 00dd100dd
23、d()d100NyF DDN Dy DF DD1-101-11随尺寸区间的减小，尺寸频率分布图可变为一随尺寸区间的减小，尺寸频率分布图可变为一条连续的曲线。此时尺寸频率分布可表示为：条连续的曲线。此时尺寸频率分布可表示为：61 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 课本课本P4 P4 公式公式1-141-141-20 1-20 同同 pptP10&P15pptP10&P15D84%、D16% 分别为颗粒累计百分数为分别为颗粒累计百分数为84和和16所对所对应的颗粒尺寸。应的颗粒尺寸。62 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉
24、体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 对于像粉碎产物、粉尘之类粒度分布范围广的颗粒群来说，在对数正态分布上作图所得的直线偏差很大。Rosin与Rammler等人通过对煤粉、水泥等物料粉碎实验的概率和统计理论的研究，归纳出用指数函数表示粒度分布的关系式，即式中 为小于D的质量百分数，n、b为常数。积分后，得 =1001-exp(-bDn)若以R表示大于D的质量百分数，则 R=100-=100exp(-bDn)如取 b=1/Den，则指数一项可写成无因次项，即 R(D)=100exp-(D/De)n 式中 R(D)累计筛余质量百分数； De特征粒径，表示颗粒群的粗细程
25、度； n均匀性系数，表示粒度分布范围的宽窄程度。n值越小，粒度分布范围越广，对于粉尘及粉碎产物，往往n1。1d100expdnnF DnbDbDD63 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 1个尺寸是个尺寸是10mm，9个尺寸是个尺寸是1mm。如何表示这如何表示这10个颗粒的平均尺寸才合理？个颗粒的平均尺寸才合理？ (10 1)/25.5mm10 1 1 910 1 1 9191011.9mm1 9101010 1112.iimdmdmddmmm3121/123.mmmmdddd64 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工
26、程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 65 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 66粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 常用的颗粒平均尺寸有：中间尺寸d50 颗粒百分数达到50所对应的颗粒 尺寸。见积累尺寸分布图。最大频率尺寸频率尺寸分布图中颗粒频率峰值所对应的颗粒尺寸。67 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 Micro-elementdDD68 粉体力学粉体
27、力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 在频率尺寸分布图中平均尺寸对纵坐标的动量矩等在频率尺寸分布图中平均尺寸对纵坐标的动量矩等于所有颗粒尺寸区间对纵坐标动量矩之和。于所有颗粒尺寸区间对纵坐标动量矩之和。 动量矩平均尺寸动量矩平均尺寸P4 1-21ddddDDDDDDddDDP4 1-2269 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体的体积平均尺寸粉体的体积平均尺寸 333333dd1d100VVVVVNddNNdddN1-231-24以质量为基准的平均径以质量为基准的平均径 70 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体尺寸分布宽度定义Particle sizeParticle size distributionMean size84.13%15.87%50%50%22dddd71 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 颗粒尺寸分布宽度颗粒尺寸分布宽度50%2d
