颗粒的粒度描述

Chapter2颗粒的几何特性描述§2.1概述★粉体的颗粒学特性包括:粉体粒径、粒径分布、颗粒形状、密度、流动性、堆积密度、比表面积等。一、颗粒特性的描述★表示颗粒大小的几何参数：大小（尺寸）、形状、比表面积。§2.1概述一、颗粒特性的描述二、颗粒粒度的定义1.单个颗粒通常称颗粒的粒度为粒径a、球形颗粒表面光滑的球形颗粒只有一个线性尺寸：直径，其粒度就是其直径（particlediameter）b、非球形颗粒对于不规则形状的颗粒则可按某种规定的线性尺寸表示其大小，如采用球形、立方体、长方体、圆柱体等的代表尺寸。通常人们定义与各种现象相对应的当量直径（equivalentdiameter）表示其大小。2.颗粒群对于颗粒系统（颗粒群）一般将颗粒的平均大小称为粒度（particlesize）。§2.2颗粒的几何描述☻粒度☻颗粒形状☻形状的数学分析一、颗粒的粒度表征☻粒度是颗粒在空间范围所占大小的线性尺度球形颗粒——直径长方形颗粒——长宽高非球形颗粒？？球形颗粒非球形颗粒1、球形颗粒粒度/粒度的定义球形颗粒直径：d球形颗粒颗粒的体积：36Vd球2Sd球颗粒的表面积:2366addd球颗粒比表面积:单位体积颗粒所具有的表面积23m/mSaV球球非球形颗粒2、非球形颗粒粒度/粒度的定义☻粒度或当量直径☻筛分径（sievingdiameter）☻球当量径☻三轴径☻投影径☻自由沉降直径（Strokes直径）最大稳定度——重心最低表面积S体积V粒度/粒度的定义☻粒度或当量直径☻筛分径（sievingdiameter）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。例如：粉末的粒径为45～60目表示该粉末可通过45目粗筛网，而停留在60目筛网上。丝网筛粒度/粒度的定义☻粒度或当量直径☻筛分径（sievingdiameter）我国的实验筛标准GB6005-85参照ISO565-1983制定。金属丝编织网筛（方孔）的筛孔尺寸从125mm到20mm穿孔板筛方形筛孔的尺寸从125mm到4mm圆形筛孔的尺寸从125mm到1nm电成型薄板方形和圆形筛孔尺寸从500mm到4mm实验室中已经使用小至1mm的微孔筛标准筛筛孔的大小直接用筛孔的净尺寸表示☻粒度或当量直径☻筛分径（sievingdiameter）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。粒度/粒度的定义☻粒度或当量直径☻筛分径（sievingdiameter）粒度/粒度的定义☻粒度或当量直径/球当量径/等体积球当量直径dV等表面积球当量直径dS等表面积体积比球当量直径dSV1/36VVd36Vd球2Sd球SSd32VSVSddd2366SVddd球球▲等沉降速度直径（equivalentsettingvelocitydiameter）在同一流体中，与同质球状颗粒有相同沉降速度的球体直径，在层流区称stokes径，Dst，18ststpfuDgm粒度/粒度的定义☻粒度或当量直径/三轴径粒度/粒度的定义☻粒度或当量直径/投影径☆定方向径(Feret径)☆定方向等分径(Martin径)☆定向最大径☆Heywood径Feret径投影圆当量径(Heywood径)Martin径准确性？？☆与颗粒投影面积a相等的圆的直径称为投影圆当量径(Heywood径)☆与颗粒投影图形周长相等的圆的直径称为等周长圆当量径粒度/粒度的定义☻粒度或当量直径/投影径——圆当量径与颗粒投影轮廓性质相同的圆的直径表示粒度4aAdLLd粒度/粒度的定义☻粒度或当量直径/投影径☻粒度或当量直径/投影径粒度/粒度的定义☻粒度或当量直径粒度/粒度的定义同一颗粒，由于测量方法不同，得到的颗粒径值不尽相同，给定粒径的同时也意味着给定了相应的测量方法。因此，在表征颗粒粒径时，必须同时给出相应的测量方法。二、颗粒的形状颗粒形状不仅与粉体物性如粉体的堆积、流动、摩擦等性能有着密切关系，还直接影响粉体在操作单元中的行为，如在粉体的储存与输送、混合与分离、结晶与烧结、流态化等操作单元的设计与操作中，颗粒形状是需要考虑的重要因素之一。早期对颗粒形状的描述多为定性的，如英国标准2955，按形状把颗粒分为纤维状、针状、树枝状、片状、多面体、卵石状、球状等等。这种颗粒形状的描述方法可以容易地把颗粒按形状分类，但不能满足对颗粒形状定量表征的要求。上节介绍的几种非球形颗粒的尺寸只是颗粒的某一线性尺寸，但还不能表征颗粒几何形状的全部信息。另外，在一些颗粒加工过程中，根据不同的使用目的，对于颗粒形状有不同的要求。☻颗粒形状——粉体比表面积、流动性、磁性、固着力、研磨特性、填充性、化学活性、涂料的覆盖能力、粉体层对流体的透过阻力、颗粒在流体中的运动阻力……颗粒的形状一些工业产品对颗粒形状的要求产品种类对性质的要求对颗粒形状的要求涂料、墨水、化妆品固着力、反光性片状橡胶填料增强性、耐磨性非长方形塑料填料冲击强度长形炸药引爆物稳定性光滑球形洗涤剂和食品工业流动性球形铸造型砂强度、排气性球形磨料研磨性多角状颗粒的形状颗粒形状术语球形Spherical立方体cubical针状Needle-like，acicular粒状Granular纤维状Fibrous片状Platy，discs棒状Rodlike树枝状Dendritic粗糙Rough柱状Prismoidal海绵状sponge光滑Smooth鳞状flaky尖角状Sharp块状blocky圆角状Round多孔Porous聚集体Aglomelate中空hollow毛绒的Fluffy，nappy☻颗粒形状几何表示☻用数学语言描述颗粒的几何形状，除特殊场合需要三种数据外，一般至少需要两种数据及其组合。通常使用的数据包括三轴方向颗粒大小的代表值，二维图像投影的轮廓曲线、表面积和体积等立体几何各有关数据▲形状指数(shapeindex)——颗粒大小的各种无因次组合▲形状系数(shapefactor)——立体几何各变量的关系颗粒的形状颗粒的形状形状指标的分类名称分类名称基准几何形状指标名称数据种类形状指数长方体长短度、扁平度、Zi指数、柱状比三轴径充满度长方体、矩形体积充满度、面积充满度、面积比三轴径、投影面积、体积平面、立体几何指标球体、圆形球形度、圆形度、表面指数体积、表面积、投影面积、周长、各种相当径圆角度曲率半径基于轮廓曲线的各种指标无各种代表径和平均径比、统计量比、CAR指数、形状述子投影轮廓曲线各参数及各种代表径形状系数球体体积、表面积、比表面积形状系数、球形度立体几何各量其他指标椭圆颗粒的形状1、形状系数(shapefactor)体积形状系数对于球ΦV=π/6，对于立方体ΦV=1表面积形状系数ΦS与π的差别表征颗粒形状对于球形的偏离，对于球ΦS=π，对于立方体ΦS=6。比表面积形状系数3VpVd23SpSVVVppSSVVdSSVdd2SpSd☻形状系数(shapefactor)2、形状指数表1-9形状指数与形状系数不同，它与具体物理现象无关，对颗粒外形本身，用各种数学式进行表达。2vsvwsvdddd与颗粒等体积的球的表面面积颗粒的表面面积⑴.Wadell球形度φw一般Φw1，对于球形，Φw=1。有规则形状的球形度ψW(2).Krumbein球形度φk颗粒的形状☻形状系数/Wadell球形度22SVSVSVAddAdd等体积球的表面积颗粒的表面积V相同的颗粒，球形颗粒AS最小，∴非球形颗粒：Ψ1；球形颗粒：Ψ=1。例：边长为l的正方体：A＝6l2；V＝l3；体积相等的球形颗粒：11123333226660.8066VSVVdlAdl简单几何形状颗粒的球形度颗粒形状球形度颗粒形状球形度球1.0正四面体0.67圆柱体H=d0.87正八面体0.83H=2d0.83长方体1:2:20.77H=4d0.731:2:40.68圆盘H=d/20.831:4:40.64H=d/40.69椭球体1:1:20.93H=d/100.581:1:40.78长方体1:1:10.811:2:20.921:1:20.771:2:40.791:1:40.681:4:40.70颗粒的形状粉体球形度粉体球形度粉体球形度煤粉0.75水泥0.57碎玻璃0.65碎石0.5~0.9云母粉0.28糖0.85食盐0.84沙子0.75~0.98可可粉0.61钨粉0.85钾盐0.70铁催化剂0.58拉西填料0.26~0.53鲍尔填料0.3~0.37矩鞍形填料0.14常见粉体的球形度颗粒的形状☻均齐度proportion☻长短度elongationN=L/B☻扁平度flatness/flakinessM=B/T☻Zingg指数F=N/M=LT/B2T——thicknessB——breadthL——length颗粒的形状☻均齐度proportionT——thicknessB——breadthL——length柱状比rTPT平均厚度厚度颗粒的形状☻充满度spacefillingfactor☻体积充满度：颗粒外接长方体体积与该颗粒体积之比☻面积充满度：颗粒投影外接矩形面积与其投影面积之比颗粒的形状☻圆形度degreeofcircularity☻颗粒的投影与圆接近的程度☻圆角度roundness☻颗粒棱角磨损的程度☻……三、颗粒群的粒径分布颗粒群的粒径分布是指颗粒群中不同粒径大小的颗粒所占的百分比，可用表格、图形和函数表示。颗粒群的粒径分布是指颗粒群中不同粒径大小的颗粒所占的百分比，可用表格、图形和函数表示。颗粒群的粒径分布颗粒群的粒径分布频率分布g：在粒径dp至dp+Δdp之间的颗粒质量（或个数）占颗粒群总质量（或总个数）的百分比。颗粒群的粒径分布频率密度分布f：单位粒径间隔宽度的频率分布。pdgf筛下累积率D：指小于某一粒径dp的颗粒质量（或个数）占颗粒群总质量或总个数的百分比ppdpddfgD00颗粒群的粒径分布筛上累积率R：指大于某一粒径dp的颗粒质量（或个数）占颗粒群总质量或总个数的百分比ppdpddfgR1DR颗粒群的粒径分布中位粒径d50：累积率R＝D＝50%时对应的粒径d50颗粒群的粒径分布常用的颗粒平均尺寸有：中位粒径d50%(mediumdiameter)最大频率尺寸中位粒径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。颗粒群的粒径分布Micro-elementdDpmd颗粒群的粒径分布最大频度尺寸=中位尺寸颗粒尺寸d/μm颗粒尺寸d/μm()fd()fd最大频度尺寸中位尺寸d50%颗粒群的粒径分布平均粒径：某种粒径大小和形状不同的粒子组成的实际颗粒群，若与均匀的标准球形颗粒组成的假想颗粒群具有相同的某一物理性质（长度、投影面积、体积），则称此标准球形颗粒的直径为实际颗粒的平均粒径。颗粒群的粒径分布●平均粒径dm的定义颗粒系统可以认为是由许多个粒度间隔不大的粒级构成的，若设颗粒系统由d1，d2，d3，……，dn组成的集合体，则物理特性f(d)可用各粒径函数的加成表示：)()()()()(321ndfdfdfdfdf式中f(d)为定义函数。若将粒径不等的颗粒群设由直径dm组成的均一球形颗粒，那么其物理特性可表示为上式为平均粒径的基本式，dm表示平均粒径。颗粒群的粒径分布()()mfdfd算术平均径dL：也称为长度平均直径，是所有单一颗粒粒径的算术平均值。iiiLndnd式中di：———单一颗粒的直径（投影径）。式中ni：———粒径为di的颗粒的个数。颗粒群的粒径分布颗粒群的粒径分布均方根粒径dZ：相当于按表面积计算的平均直径。iiizndnd2式中di：———单一颗粒的直径（等投影面积直径）。颗粒群的粒径分布立方根粒径d