第一章 农业物料的基本物理特征-2.pdf

1 总结上节 第一章 农业物料的第一章 农业物料的基本物理特征 农业物料的基本物理特征 主要包括物料的单元素尺寸 综合尺寸 外观形状 表面积 体积 密度 孔隙比等 第一节 形状 大小和分布 一 尺寸和形状 1 尺寸 长 L 平面投影图中最大的尺寸 宽 B 垂直于长度方向的最大尺寸 厚 T 垂直于长 宽方向的直线尺寸 一 尺寸和形状 2 形状 2 1 图形比较法 图形比较法是将物料的纵剖面和横剖面的形状绘制成图 并和标准图形进行比较 以确定物料的形状 2 2 用类似的几何体表示 如物料的形状和球体 立方体 圆往体等一类规则几何体 相类似时 则可用相类似几何体来表示物料的形状和尺寸 2 3 形状指数 形状指数是把物体的实际形状与基准形状 如球体和圆等 进行比较的一个物理量 1 圆度 圆度 roundness 表示物体角棱的锐度 它表明物体在投影 面内的实际形状和圆形之间的差异程度 rmin 最大投影面积图形上类球体的最小曲率半径 Rp 最大投影面积图形上类球体的平均半径 等面积半径 Ap 类球体在自然放置稳定状态下的最大投影面积 Ac 类球体在自然放置稳定状态下的最大投影面积的最小外 接圆面积 p min R r Rr c p A A Rd NR r R i d 2 3 形状指数 2 球度球度是表示物体实际形状和球体之间的差异程 度 c e p d d S 1Sp1 球度 de 与实际物体体积相等的球体的直径 m dc 实际物体最小外接球直径或物体的最大直径 m c i d d S p2 Sp2 球度 di 类球体的最大投影面积图形的最大内接园直径 m dc 类球体最大投影面积图形的最小外接圆直径 m 二 面积和体积 物体各向尺寸之间的数字关系取决于物体的形状 物体 各向尺寸之间的无量纲组合 称为形状因数 如长宽度 L B 扁平度 B T 物体各种尺寸与其面积或体积之间的 关系称为形状系数 是表示物体实际形状与球形不一致程度 的尺度 如面积形状系数 体积形状系数 2 根据统计资料 凸状物体的表面积一般为平均投影面积 的4倍 即 c 4AS 3 2 3 1 c 16 9 VA 3 2 c KVA 则有 即 根据凸状物体理论 表面积S与体积V有以下关系 36 1 3 2 S V 当物体为球体时 取等号 1 表面积与体积之间的关系 二 面积和体积 可得 K 1 21 当物体为球体时 取等号 柠檬马铃薯胡萝卜 K 1 24 1 38 1 76 0 975 0 876 0 687 K 21 1 物料的K值越接近于1 21 则物料的形状愈接近于球体 3 2 c KVA 因为 3 2 c V A K 即 若定义形状系数 2 表面积的测量 感光法 方格纸法 照相法 剪纸法 气流求积仪法 统计法 机器视觉法等等 1 叶片表面积的测量 削条法 统计法 回转体法 2 水果表面积的测量 称重法 3 鸡蛋表面积的测量 m KWS K 4 56 5 07 m 0 66 二 面积和体积 1 单粒体粒径 三 粒径 粒径 物体的计算直径 是表示物体各项尺寸的综合指标 它是利用已测定的物体的某些尺寸或参数推导出来的直径 粒 径并不体现物体的形状 因为球体的表面积与体积之比最小 理论分析容易 并且 球形粒子无方向性 实验结果容易再现 所以常用当量球径表 示粒径 代表单个粒子的粒径 对于每一个物体 其尺寸取 决于测定方法 因此 选用的方法应尽可能地反映物料 的加工工艺 1 单粒体粒径 对于每一个单个物体 有无数多不同的直线长度 只 有将这些长度加以平均 才能得到有意义的数值 对于系 统内的粒子群也是如此 只有测定了足够多的粒子数 得 出其统计规律才有意义 3 实际上常用的是算术平均径 圆等直径和定向径 对 于微小粒子 也可以采用重力沉降法测定斯托克斯径 定向径 粒子投影图上任意方向的最大距离 定向面积等分径 按一定方向将投影面分割成二等分时的直 线长度 试样系统中单粒体粒径的平均值 根据用途不同 采用不同的计算方法 2 粒子群平均直径 若将同一物料试样进行计算 各种粒径的差值较大 其 排列规律为 65487123 dddddddd 实际上应根据物料的用途选择合适的粒径计算方法 计算方法 d50 以粒径分布的累计值为50 时的粒径表示 3 粒径的测量方法 筛分法 光学显微镜 电子显微镜 液相沉降 光线 散射法等 3 1 粗粒子平均粒径计算 粒子大到可以一粒一粒地拣出时 可以采用这种方 法 首先从试样中随机采集200个以上的粒子 用普通天平 测量其总重量Wsn 设粒子的真实密度为 s 则平均粒径 3 s sn 6 n W ds 相当于把所有粒子均看作等体积球形粒子时的平均直径 尺 寸 测 量 游标卡尺是一种比较精密的量具 在测量中用得最多 通常用来测量精度较高的工件 它可测量工件的外直线尺 寸 宽度和高度 有的还可用来测量槽的深度 如果按游标 的刻度值来分 游标卡尺又分0 1 0 05 0 02mm三种 4 3 2 细粉的平均粒径的计算 对于粒子细到无法一粒一粒拣集的程度时 如面粉 等 可采用筛分法 可用筛分法测定全部粒子的粒径分布 相关国家标 准或行业标准 将一定量的粉料 大约50至100 g 用筛孔尺寸分 别为的m 1个筛子进行分 级 1 3 2 1 m dddd 设粒级的粒子平均粒径为 2 1 dd 至 2 11 ddd 其质量占总质量的百分数为x1 设粒级的粒子平均粒径为 3 2 dd 至 3 22 ddd 其质量占总质量的百分数为x2 设粒级的粒子平均粒径为 1m ddm至 1m ddd mm 其质量占总质量的百分数为xm 则全部的粒子平均粒径可用调和平均径或算术平均径计算 m i i i s d x d 1 1 m i iis xdd 1 筛分法通常使用普通的金属丝网筛子 对1吋 25 4 mm 以上的开孔 直接以开孔尺寸表示孔的大小 对1吋 25 4 mm 以下的开孔 用1吋 25 4 mm 长度上的孔数 表示孔的大小 称为目 有时称为网目 德国 个 cm2 我国常用泰勒 Tyler 标准筛 直径为200 mm 高度为50 mm 与日本 美国 英国的标准规格基本相同 细粉的平均粒径的计算 泰勒标准筛有两个序列 附加序列 基本序列 2 4 2 基筛是200目的筛子 筛孔尺寸为0 074 mm GB T 6005 2008 试验筛 金属丝编织网 穿孔板和电成型薄板 筛孔的基本尺寸 GB T 5917 1 2008 饲料粉碎粒度测定 两层筛筛分法 筛比 每两个相邻筛号的筛子其筛孔尺寸相差的倍数 5 200试验筛根据筛面材料分为金属丝编织网实验筛和 金属穿孔板实验筛 金属丝编织网实验筛采用国家标准 GB T6003 1 1997生产 其网孔基本尺寸为2 36 mm 0 038 mm 符合国家标准ISO3310 1 1990 R20 3 R20 R40 3系 列 筛网材质为黄铜 锡青铜 不锈钢 金属穿孔板实验筛采用国家标准GB T6003 2 1997 符 合国家标准ISO3310 2 1990 R20 3 R20 R40 3系列 筛网 材质为紫铜 并采用电化工而成 200试验筛筛框 筛盖 筛底选用优质不锈钢精致而成 200试验筛 主要用于颗粒物料粒度分析的检测 广泛用 于磨料 地勘 冶金 药典 化工 建材等行业颗粒物料 的筛分检测 小颗粒尺寸测量 原理 激光粒度分析仪是根据光的散射 原理测量粉颗粒大小的 见附图 具 有测量的动态范围大 测量速度快 操作方便等优点 是一种适用面较广 的粒度仪 原理上可以用于测量各种 固体粉末 乳液颗粒 雾滴的粒度分 布 现实的仪器一般根据具体的用途 作具体的设计 光在行进中遇到微小颗粒时 会 发生散射 大颗粒的散射角较小 图 1 小颗粒的散射角较大 图2 仪器能接收的散射角越大 则仪器的 测量下限就越低 散射光能的计算 精确计算各种大小颗粒的散射光能分布 是获得准确粒度 分布数据的基础 使得颗粒尺寸小至亚微米 大至上千微米 散射角小至0度 大至150度的全范围内 都能获得精确的理论 光能分布数值 6 4 粒度分布 粒度分布是以粒子群的质量或粒子数的百分率计算的 粒径频率分布曲线或累计分布曲线表示的 频率分布最高点的粒径称为多数径 dmod 在累积分布曲线50 处的粒径称为中径 d50 试样的粒度分布曲线 Grain size distribution curve 7 照片上是红色的植物细胞壁与黄绿色的淀粉颗粒 小麦淀粉粒有两种 一种是大颗粒的小麦淀粉 直径15 50mm 大都呈扁圆形 也有不规则的 椭圆形 另一种是小颗粒的小麦淀粉 直径2 8mm 呈圆形和卵圆形 见图1 图2 5 曲率半径 在农业物料包装和运输期间物料之间相互接触 物料在接 触点的曲率半径影响了接触点的应力和形变 因比曲率半径也 是一个有用的基本数据 物料表面任意位置的曲 率半径可以用凸状物体曲率 半径测定仪测定 如图所 示 它是由两个固定测头和 一