粉体科学与工程基础课后习题及计算题解答.doc

第一章1.颗粒密集态和颗粒离散态的特点是什么？两者的联系与区别是什么？答：在颗粒密集态中，通常颗粒是主体，颗粒通过至少一个，直至有限个点与其他颗粒相接处，颗粒自身的重力或兼有施加的外力，经由这些接触点在颗粒之间平衡和传递。由于颗粒间的接触限于有限个几何点，而达不到颗粒全面接触，因此，密集态颗粒间存在着空隙结构。 在颗粒离散态中，通常流体是主相，颗粒在流体介质中被流体全面包围，颗粒间不发生稳态接触，颗粒自身的重力由流体流动的粘性力和惯性力，或由于超细颗粒热运动形成的扩散作用，或颗粒静电作用及溶剂化膜作用等达到平衡，使颗粒在流体中形成悬浮或沉降态。因为颗粒间距离通常大于颗粒尺寸，所以，颗粒离散态通常是以颗粒浓度取代空隙率来表征颗粒与流体间的相互影响作用。两者具有相对性，两者之间可以相互转化：当粉体中流体介质增加到足以使颗粒间互不接触时，颗粒密集态就转化为颗粒离散态，如颗粒流态化、颗粒浸渍湿润和搅拌稀释。当分体中流体介质减少到足以使颗粒间相互接触时，颗粒离散态就转化为颗粒密集态，如颗粒沉积、浓缩和颗粒大范围的凝聚等。他们的重要区别是：颗粒聚集态是将所有颗粒同事作为整体对象进行粉体性状和行为的研究，而颗粒离散态则是将每个颗粒分别作为单一对象进行粉体性状和行为的研究。2什么是超微粉体的表面效应和量子尺寸效应？答：前者指：随着尺寸的减小，表面原子数量占颗粒总原子数量的比例增加，而表面原子因一侧失去最邻近原子的成键力，引起表面原子的扰动，使得表面原子和近表面原子距离较体内原子大，并产生“再构”现象。同时随着尺寸的减小，颗粒比表面积和表面能增加，使得颗粒表面的活性大大提高，由此产生所谓超细粉体的表面效应。 后者指：当颗粒尺寸减小到某一值时，金属费米能级附近，相邻的电子能级由准连续态变为离散态的现象。第二章1单颗粒的粒径度量主要有哪几种？各自的物理意义是什么？答：主要有：轴径、球当量径、圆当量径和定向径。 轴径是指：以颗粒某些特征线段，通过某种平均方式，来表征单颗粒的尺寸大小。 球当量径是指：用与颗粒具有相同特征参量的球体直径来表征单颗粒的尺寸大小。 圆当量径是指：用于颗粒具有相同投影特征参量的直径来表征单颗粒的尺寸大小。 定向径是指：在以光镜进行颗粒形貌图像的粒度分析中，对所统计的颗粒尺寸度量，均与某一方向平行，且以某种规定的方式获取每个颗粒的线性尺寸，作为单颗粒的粒径。2粉体分布方程的主要形式有哪几种？各自使用的范围是什么？答：（1）.正态分布，某些气溶胶和沉淀法制备的粉体，起个数分布近似符合这种分布。（2）.对数正态分布，大多数粉体，尤其是粉碎法制备的粉体较为符合对数正态分布器频度曲线是不对称的，曲线峰值偏向小粒径一侧。（3）.Rosin-Rammler分布，对于粉体产品或粉尘，特别在硅酸盐工业中，如煤粉、水泥粉碎产品较好的符合该分布。（4）.Gates-Gaudin-Schumann分布，对于某些粉碎产品，如颚式破碎机、輥式破碎机和棒磨机等粉碎产品较好的符合该分布。3.如何根据粒度测试数据来确定粉体的粒度分布方程形式和相应的参数值？答：4.颗粒形状影响粉体哪些重要的性质？答：颗粒形状影响粉体的比表面积、流动性、堆积性、附着性、流体透过阻力、化学反应活性和填充材料的增强、增韧性等。5颗粒的形状系数有哪几种？各自的物理意义是什么？答：体积形状系数()、表面积形状系数()、比表面积形状系数()、Carman形状系数()。6如何根据颗粒投影轮廓线图形计算其分数维数？答：（1）严格等步长法，在颗粒的投影轮廓线上给定起点、步长和计算方向，一等步长沿颗粒轮廓线行走，直至全部轮廓线走完。此法较麻烦，但是计算精度高。（2）等点数法，在颗粒的投影轮廓线上给定起点和计算方向，步长由每步中跨过的点数决定，即每步跨国相同的点数，直至全部轮廓线走完。此法计算简洁，但是有一定误差。（3）混合算法，结合前两种算法的优点，起点开始，多边形下一个定点为最接近给定步长的那个点。7在粉体的比表面积定义中，粉体颗粒的总表面积指的是什么面积？答：指的是颗粒轮廓所包络的表面积与呈开放状态的颗粒内部空隙、裂缝表面积之和。8在单颗粒或颗粒群平均粒径的比表面积计算，与基于粒度分布的比表面积计算有何区别？答：当以单个颗粒粒径计算相应的比表面积，或以尺寸为平均粒径值的颗粒粒径来计算相应的比表面时，我们可以通过颗粒形状因子有关定义，获取比表面积的计算式。基于颗粒群平均粒径的比表面积计算式一种相对平均算法，由于忽略了粒度分布一些具体的差异，所以并不完全反映粉体的计算比表面积值。第三章1影响颗粒堆积结构的主要因素有哪些？答：第一类涉及颗粒本身的集合特性，如颗粒大小、粒度分布及颗粒形状；第二类涉及颗粒间作用力和颗粒堆积条件，如颗粒间接触点作用力形式、堆积空间的形状与大小、堆积速度和外力施加方式与强度等条件。2如何根据颗粒堆积密度和颗粒真密度确定粉体空隙率和堆积率？答：空隙率是指：颗粒堆积体中空隙所占的容积率，即=颗粒堆积体中空隙的体积/颗粒堆积体表现体积=（颗粒堆积体表现体积-颗粒真实体积）/颗粒堆积体表现体积 即=1-a/p。 p为颗粒真密度 a为颗粒堆积体表观密度。堆积率是指：颗粒堆积体中颗粒所占的容积率，亦称填充率。堆积率与空隙绿地额关系为 =1-=a/p。3为什么说颗粒大小、粒度分布及颗粒形状是能否形成致密堆积的必要条件，而不是充分条件？答：4如何理解粗、细二组元混合颗粒堆积理论对致密堆积的指导意义？答：（1）当组分接近百分之百为粗颗粒时，堆积体的表观体积由粗颗粒决定，细颗粒作为填充进入粗颗粒的空隙中，细颗粒不占有堆积表观体积；（2）当组分接近百分之百为细颗粒时，细颗粒形成空隙并堆积在粗颗粒周围，堆积体的表观体积为细颗粒的表观体积和粗颗粒的体积之和。5如何依据实堆积理论来判断粉体致密堆积性能？分析致密堆积理论的局限性。答：根据二组元混合颗粒堆积结论，过多的微细颗粒堆积将形成空隙。所谓“极多”仍是个相对概念，毕竟在相同质量下，微细颗粒的堆积要比单个颗粒的体积大，因此理论上的致密堆积是难以实现的。6粉体致密堆积的经验有哪些？答：（1）用单一粒径尺寸的颗粒，不能满足致密堆积对颗粒级配的要求；（2）采用多组分且组分粒径尺寸相差较大（一般相差45倍）的颗粒，可较好的满足致密堆积对粒度与级配的要求；（3）细颗粒数量应足够填充堆积体的空隙，两组分时，粗、细数量比例约为7：3；三组分时，粗、中、细颗粒数量比例约为7：1：2时，相对而言，可更好的满足致密堆积对粒度与级配的要求。（4）在可能的条件下，适当增大临界颗粒（粗颗粒）尺寸，可较好地满足致密堆积对粒度与级配的要求。第四章1.颗粒间的内聚力有哪些？答：范德华力Fv 静电吸引力Fe 液体桥联力Flb 固体桥联力Fsb。2.为什么说分子间作用是短程力，对颗粒间的分子作用力是长程力？答：对于块状固质，范德华力是短程力，但是，对由于极大量分子集合体构成的体系颗粒来说，这种分子力随着颗粒间距离的增大其衰减程度明显变缓。这是由于尺寸微小且相对分散的颗粒，分别集合了大量分子，使分子间作用力形成协同作用效果。因此，对颗粒来说，范德华力可在表面最短距离l约100nm范围内起作用，而通常认为，固体紧密接触时表面距离可达l=0.4nm，所以，颗粒间的范德华力是不能忽视的。3.如何通过实验获得粉体层极限应力状态下的压应力与剪应力之间的变化关系？答：（1）Jenike剪切法实验，是通过对装入上、下两个矩形剪切盒中的被测粉体，施加大小不同的垂直压应力，并以相应的剪切应力，使粉体层沿上、下剪切盒接触面产生滑移破坏，即在极限应力状态下获得破坏面上的一组应力值。使之形成线性或非线性关系，即反映了被测粉体层的力学性质。（2）三轴压缩法实验是将被测粉体装入一个薄橡胶套中，使之成为高度约为直径22.5倍圆柱体，薄橡胶套可是为对粉体只产生垂直压应力而不产生剪切应力的理想约束。极限应力状态下获得破坏面上的一组应力值。并做出莫尔圆， 莫尔圆的包络线，形成线性或非线性关系，即反映了被测粉体层的力学性质。4.如何利用莫尔圆来分析粉体间应力状态？答：P525.如何获得粉体的内摩擦角？压应力和剪应力的三种变化关系对应的粉体属性是什么？答：定义粉体层剪应力随压应力的变化率为粉体的内摩擦系数。内摩擦角为内摩擦系数的反正切。（1） 理想库伦粉体，两者为一条通过原点的直线。（2）库伦粉体，两者为一条不通过原点的直线。（3）非库伦粉体，两者为一条不通过原点的曲线。6.粉体层最大主应力的概念是什么？粉体层主动和被动侧压力系数的含义是什么？答：粉体层在压应力作用下达到极限应力状态时的主应力。被动状态：Kp=hp/vp=（1+sini）/（1-sini）。主动状态：Ka=ha/va =（1-sini）/（1+sini）。7.为什么说尺寸细微的颗粒，以休止角来表征流体性的意义以不明确？答：休止角是粉体在重力驱使下自由流动所形成的摩擦角，对于尺寸细微的颗粒，其内聚力接近或大于重力，重力不是粉体流体的支配力，堆积形状主要取决于内聚力时，以休止角来表征粉体流动性意义已不明确，且此时休止角实际测试值也不稳定。8.粉体层开放屈服强度的概念是什么？如何获取粉体层开放屈服强度？答：在一壁面勿摩擦的理想圆柱型筒体内装入粉体，并在粉体层表面施加一密实压应力使粉体具有一定的密实强度。取下筒体，在侧壁勿任何约束力作用的情况下，若已成型的粉体能承受某一最大压应力而不溃塌，则表明粉体具有与最大压应力相等的密实强度。这一强度称为粉体层开放屈服强度。粉体层开放屈服强度可通过粉体层屈服轨迹和莫尔圆获得。做一与屈服轨迹相切的莫尔圆，该圆与轴的交点即为粉体层开放屈服强度。9.粉体流动函数的概念是什么？与粉体流动性之间关系如何？答：粉体流动函数FF定义为FF=1/fc 。1为粉体密实所施加的最大主应力。fc为粉体开放屈服强度。在一定密实应力1作用下，fc小的粉体，FF值较大，即流动性好。当fc为0时，FF趋近与无穷大。粉体能完全自由流动。10.粉体压缩成型时，压缩应力的选择依据是什么？答：第一阶段 颗粒间相互推挤、移动，颗粒重新排列。加压能量主要用于克服颗粒间摩擦。第二阶段 颗粒间架桥崩溃，小的颗粒键进入大的颗粒间空隙自己哦蛮好；部分颗粒开始出现变形趋势。加压能量主要用于克服颗粒间摩擦和与器壁的摩擦。第三阶段 颗粒表面凹凸部分被破坏，并产生紧密啮合，颗粒间形成能具有一定强度的结合。加压能量主要用于产生颗粒变形和残余应力贮存。第四阶段 少量颗粒产生破坏，堆积体的压缩硬化趋于极限。若进一步增大压力，颗粒破坏量增加。加压能量主要用于颗粒变形、硬化和破坏。第五章1.联系粉体工程实际，分析基于颗粒自由沉降速度操作的一些装置的工作原理.答：2.流体对颗粒的运动阻力由哪两部分组成？阻力系数与颗粒雷诺数之间的关系？答：阻力R和重力G. 阻力系数C=f（Rep）3.影响自由沉降的因素有哪些？如何修正？答：（1）颗粒的直径 Dp（2）颗粒的真密度p （3）流体的动力粘度和密度.颗粒沉降速度修正：颗粒尺寸的影响、颗粒形状修正、壁效应修正、浓度修正其一是，利用不同粒径的颗粒，其沉降速度的差异，可将同种粉体按其颗粒尺寸的大小进行分级或分离处理。其二是，利用不同密度的颗粒，其沉降速度的差异，可将不同粉体按其颗粒密度的大小进行分选处理。4.分析Carman-Kozeny公式在实际中的应用。答：5.分析Carman-Kozeny公式的建模过程，总结工程分析方法。6.分析流化床的流态化过程及特性，如何确定流化床操作速度范围及床层压降？答：当流化床净空速度较低，且ufumf时，床层处于静止状态，即为颗粒固定床。床层孔道内的流体速度uf和床层压降p，随流化床净空速度uf的增加而增加，空隙率e不变当流化床净空速度提高到uf=umf时，床层压降与床层内颗粒的剩余重量相等，固定床开始转变为流化床，umf成为临界流化速度。在uf=umf=ut后，床层颗粒浓度迅速降低，床层压降p明显减小，床层上表面消失，空隙率e趋于1，床层孔道内的流体速度uf趋于床层净空速度uf。当流化速度在uf=umfut范围内时，床层连续膨胀，颗粒均匀分布于床层中，流体与固体两相呈均匀混合状态，压降基本保持不变，且床面稳定，其流化过程接近理想状态，流化床为散式流态化。当流化速度在uf=umfut范围内时，颗粒不是均匀分布于床层中，且床层和床面不稳定，波动剧烈，颗粒成团湍动，有气泡形成，流化床为聚式流态化。（1） 床层降压 （2） 临界流化速度（3） 极限流化速度（4） 流化床的平均孔隙率第六章1.分析颗粒的能量分布状态随颗粒尺寸的变化关系，对超微粉体的应用有何意义？答：随着颗粒尺寸的减小单个颗粒的质量以103快速递减；颗粒数以103快速递增；总表面积以101递增；总表面能以101递增表面能/结合能以101递增，即表面能较结合能以更快的速度增加，但表面能仍比结合能低1mol单位的颗粒总动能不变总热能一103快速递增，即总热能较总表面能以更快速度增加动能/热能以103递减，即热能较动能以更快的速度增加，且当颗粒尺寸小于1um以后，随着颗粒尺寸的减小，热能远比动能要高。 从热力学的角度看，随着颗粒尺寸的减小，高度分散的颗粒体系，其热力学能由于表面能的增加而提高，由此可能引发固体颗粒表相区域的物理化学性质的变化，及出现所谓超微颗粒的表面效应。但结合能仍比表面能要高，使得固体颗粒的体相物料化学性质不会发生改变。从热运动的角度看，随着颗粒尺寸的减小，高度分散的颗粒体系，其热能的快速增加，使得热能可能超过动能成为支配颗粒运动状态的主要能量，或者说颗粒进入分子热运动范畴，由此引发固体颗粒的某些量子尺寸效应，即出现所谓的超微颗粒的小体积效应。2.为什么颗粒的熔点和溶解度随颗粒尺寸的变化而变化？对其有何应用？答：晶体颗粒尺寸越小，其熔点也越低，溶解度高，德拜温度越低，晶体比热容越大，光散射能力越弱，矫顽力增大.（1）基于晶体饱和蒸汽压的解释。（2）基于晶体熔化能量的解释.当温度一定时，溶质在溶液中的浓度随溶质的饱和蒸汽压的提高而增大。又因为尺寸较小的晶体颗粒饱和蒸汽压恒大于较大的晶体饱和蒸汽压，所以，可溶性小的晶体颗粒的溶解度较大块晶体的溶解度高。当然，实际颗粒的可溶性与颗粒尺寸的关系并没有那么简单，因为可溶性还与晶体的暴露面、表面粗糙度等诸多因素有关。3.颗粒的晶格比热容随颗粒尺寸变化的机理是什么？答：德拜比热容理论认为：当温度较高时，晶体比热容基本不随温度变化，当温度低于德拜温度时，晶格比热容和德拜温度的比值有以下关系： Cv=124 RT3/5D34.为什么导体颗粒具有接触荷电特性？其机理是什么？答：颗粒荷电的主要方式有接触荷电、电场荷电、碰撞荷电和粉碎荷电。接触荷电是指：两个不带电且功函数不同的导体颗粒，因相互接触，而后分离，使两个颗粒分别荷上极性相反的等量电荷。碰撞荷电：（1）颗粒与运动离子的碰撞荷电（2） 颗粒与器壁的碰撞荷电。电场荷电：在常压下，当两个大小差别很大的电极上有足够大的电位差时，会引起空气电离，产生大量的空间电荷，形成电晕电流。其中，阳离子和电子在向异性电极的有序运动中与电场内的颗粒碰撞失速，而吸附在颗粒表面，使颗粒荷电。粉碎荷电：颗粒粉碎时，连接质点的键被截断，且正、负电荷相对于破裂面呈现电量不等的分布，使颗粒荷电。5.光波在颗粒分散体系中的散射机理是什么？答：瑞利散射米氏散射夫琅禾费散射6.颗粒尺寸与颗粒相对折射率及入射光与光散射强度之间有何规律？答：瑞利散射 米氏散射 夫琅禾费散射 7.颗粒的光吸收机理是什么？光吸收现象有何应用意义？答：机理：由于光传播时的交变电磁场与颗粒的分子相互作用，使颗粒分子中的电子出现受迫振动，而维持电子振动所消耗的能量，变为其他形式的能量而耗散掉。应用：光照吸收材料用于电镜、核磁共振、波普仪和太阳能利用，还可以防止红外线、防雷达的隐身材料等。其中金的超微颗粒，不仅吸光率高，而且其在可见光至红外线区域内，光的吸收率不随波长而变化，因此可作为红外传感材料。8.颗粒尺寸与磁性的一般规律是什么？颗粒尺寸与磁化系数的关系是什么？答：颗粒尺寸与磁化系数的关系是：比磁化系数随颗粒尺寸的减小而减小，虽然颗粒尺寸减小，VP也减小，但颗粒的磁矩M减小的幅度更大，但矫顽力随颗粒尺寸的减小而增大，尤其当粒度小于40um以后，比磁化系数急剧减小，矫顽力急剧增加。9.磁畴对铁磁性颗粒的磁性有何意义？铁磁性颗粒尺寸与固有矫顽力之间的变化规律是什么？答：铁磁性颗粒随尺寸的减小，固有矫顽力增加，其规律为 HCI=a+b/DP当颗粒尺寸减小到磁畴尺寸时，固有矫顽力增大至最大；此后，当颗粒尺寸进一步减小时，固有矫顽力开始降低，其规律为 HCI=c-f/D1.5P当颗粒尺寸减小至临街DC时，固有矫顽力变为0，即 （HCI）DC=0当颗粒尺寸减小到临街尺寸DC时，强烈的热效应足以退掉自发激化现象，此，铁磁体变为超顺磁体.对于单磁畴，临界直径为： DC =9/2MS2因此，铁磁性颗粒尺寸减小，其固有矫顽力增加，当尺寸减小到单磁畴尺寸时，固有矫顽力达到最大值，此后若继续减小颗粒尺寸，其矫顽力降低，直至减小到临界直径时，固有矫顽力奖为0，铁磁性颗粒呈现超顺磁现象。第七章1.表面能对粉体有何特别意义？答：大多数颗粒是晶体结构，且为各向异性。因此，晶体颗粒不同表面具有不同的表面能，造成了颗粒表面能计算和测量肥肉困难。通常，原子最紧密堆积的表面，是表面能最低，且稳定性最好的表面。2颗粒表面活性位与颗粒表面几何形状之间的关系是什么？答：随着颗粒尺寸的减小，完整晶面在颗粒总表面上所占的比例减小，键力不饱和的质点占全部质点的比例增多，从而大大提高了颗粒的表面活性。颗粒表面活性取决于两个因素：其一，比表面积大小，其二，断裂面的集合形状。3.颗粒表面物理吸附和化学吸附的主要区别是什么？吸附现象对粉体有何意义？答：主要特征 物理吸附 化学吸附电子转移 吸附质和吸附剂之间无电子转移 吸附质和吸附剂 之间电子转移吸附力 范德华力，静电力 化学键力吸附热 吸附热较小（近似气化热） 吸附热较小（近似反应热）选择性 吸附质和吸附剂之间无选择性 吸附质和吸附剂之间有选择性吸附速度 快，易达到平衡 慢，不易达到平衡 吸附层数 单层或多层 单层可逆性 吸附与脱附可逆 吸附与脱附不可逆对粉体，吸附是一种重要现象。通过对粉体表面的吸附分析，可以获得颗粒表面性状的一些信息，如颗粒表面活性、表面基因、官能团的性质、比表面积和孔隙率，附着和凝聚性。粉体表面吸附也是对粉体表面进行改性的重要手段。4.颗粒在溶液中对无机离子的吸附密度与哪些因素有关？答：颗粒对无机离子的吸附，包括物理吸附和特征吸附，具体的吸附自由能组成主要取决于离子的价数和溶液浓度。5.与无机离子相比，颗粒在溶液中对表面活性的离子吸附有何区别？答：表面活性离子吸附也包括：物理吸附和特性吸附，但与无机离子吸附相比，主要区别在于，增加了表面活性剂碳氢链之间的疏水缔合作用能吸附与脱附可逆Gch2.6颗粒在溶剂中对高分子表面活性剂的吸附建有哪几种主要类型？吸附特点是什么？答：1）氢键.键合是非离子型高分子表面活性剂在鳄梨表面吸附的主要原因.2）共价键.高分子表面活性剂与颗粒表面生成配位键.3）疏水键.高分子表面活性剂的疏水基可与非极性表面发生疏水键合作用而产生吸附.4）经典作用.荷电表面与高分子表面活性离子，通过静电作用吸附在颗粒表面.7.粉体表面的湿润接触角与固体表面的湿润接触角有何区别？答：粉体表面的湿润接触角不仅取决于液体与颗粒表面之间的界面张力，还受到颗粒表面的粗糙不平的因素影响.或者说在相同的体积下，密集态粉体聚集的颗粒真实表面积，要比平滑的块体表面积大，所以，对粉体表面的湿润程度要依据表面状况进行修正.8.粉体湿润性有哪些测量表征方法？答：粉体浸透速度法；气体吸附法；浸湿热法；水渗透速度法；吸水率9.粉体的聚凝有哪几种类型？答：聚集；凝结；絮凝；团聚10.粉体在空气中的颗粒间作用力主要有哪几种？比较这些作用力对分体凝聚的影响？答：范德华力；静电力；液桥力1） 随着距离的增大，范德华力迅速减小，当距离超过1um时，范德华力的作用不存在.2）距离在2-3um范围时，液桥力的作用非常显著，但随着距离的增大，液桥力的作用会突然消失.3）在距离大于2-3um时，静电力扔能促使颗粒的聚凝，而范德华力和液桥力不在对颗粒聚凝起作用.11.粉体在空气中的分散措施有那些？答：干燥分散；机械分散；表面改性分散12.粉体在液体中的颗粒间作用力主要有哪几种？这些力的特性是什么？答：1）范德华力，粉体在液体中的颗粒间作用力考虑由于存在着不能忽视的液体分子对颗粒分子的作用，而导致的对颗粒与颗粒之间分子作用力的影响.2）双电层静电作用力，3）空间位组作用，当颗粒表面吸附有高分子表面活性剂时，在颗粒与颗粒相互接近过程中，吸附层将产生一种所谓“空间作用”.4）溶剂化膜作用，当颗粒表面吸附有阳离子或亲水基团的有机物，或由于颗粒表面极性区域对其周围溶剂分子的极化作用，在颗粒表面会形成具有一定机械强度的溶剂化膜.13.对同质和异质颗粒，范德华力对颗粒间凝聚现象的影响作用是什么？答：对同质颗粒，恒为吸引力；对异质颗粒，可通过调整颗粒或液体介质的Hamaker常数，而成为排斥力.14.颗粒在溶液中的双电层静电作用与颗粒表面电位之间的关系是什么？答：对同质颗粒，恒为排斥力，且当表面电位大于30mV时，双电层静电作用力要大于范德华吸引力，故可作为一种使颗粒分散的措施. 对异质颗粒，根据颗粒所负电性，则有可能为吸引力.15.粉体在液体中吸附高分子表面活性剂时有哪两种空间形式，形成空间位阻的条件是什么？答：吸附高分子表面活性剂层致密时，空间作用为压缩排斥力，吸附高分子表面活性剂层稀松时，空间作用为穿插链接作用.16.什么是溶剂化膜作用？与颗粒表面的极性关系是什么？答：当颗粒表面吸附有阳离子或亲水基团的有机物，或由于颗粒表面极性区域对其周围溶剂分子的极化作用，在颗粒表面会形成具有一定机械强度的溶剂化膜.视颗粒表面的极性的差异程度不同.水对极性表面颗粒为排斥力，对非极性表面颗粒为吸引力.17.粉体在液体中的分散调控措施有那些？其作用原理是什么？答：介质调控；分散剂调控；机械调控其一，润湿原则.颗粒必须被液体介质润湿。以使颗粒能很好的浸没在液体介质中.其二，表面力原则.颗粒间的总表面力必须是一个较大的正值，以使颗粒间有足够强的相互排斥作用，防止颗粒间相互接触并产生凝聚.第八章1.粉碎机械力化学效应对粉体性质可能发生的变化分为哪几类？答：物理变化；结晶态变化；化学变化2.粉碎平衡的概念是什么？产生粉碎平衡的原因是什么？答：粉碎过程中，颗粒尺寸的减小过程与微细颗粒的聚结过程的平衡，称为粉碎平衡.产生原因：1）微细颗粒间的相互作用力有范德华力、静电力、液桥力，以及机械压力致使颗粒聚结.2）粉碎过程中，随着颗粒尺寸的减小，颗粒的宏观晶体缺陷和裂纹的数量大大减小，使得颗粒尺寸难以进一步减小.3）根据粉碎机理分析，颗粒碎裂面的扩展所需的能量，几乎全部来自于应力场中贮存的弹性形变能.3机械合金化导致纳米晶结构形成的主要机理是什么？答：在高应变速率下，由错位密集网络组成的切变带形成是产生纳米晶结构主要机制.在球磨初期，平均为原子水平的应变由于位错密度的增加而增加.这些高应变区域的切变带在某一位错密度下，晶体解离为亚晶粒，随着粉末的继续，切变增多，而切变带中也已形成的亚晶粒尺寸进一步减小至最终的纳米尺寸（约515nm），且亚晶粒的相对取向最终也变得完全无序，即形成所谓纳米晶结构.4.联系实际分析几个机械力化学效应在材料科学研究与应用中的例子及机理.答：在粉体表面改性处理方面；在纳米陶瓷、功能材料、复合材料、储氢材料、信息材料、光催化材料等新材料的制备方面；在纳米金属、非晶态金属和合金材料的制备方面；在掺加助磨剂提高水泥细度、熟矿料及混合材料的活化、合成硅酸盐矿物和废弃混凝土的活化在利用等高性能水泥和混凝土生产方面；以及在烧结材料、搞催化剂等方面的应用.习题1用显微镜测得SiC粉体粒度之个数分布为：粒度d（m）1010151520203030404050506060颗粒个数n2824285588883351565944试求：算术平均径Da；平均表面积径Ds；平均体积径Dv；长度平均径D1m；面积平均径Dsm和体积平均径Dvm（注意各种平均径的大小有何规律）。解：=（10*282+12.5*428+17.5*558+25*888+35*335+45*156+55*59+60*44）/（282+428+558+888+335+156+59+44）=23.6um.=【（282*102+428*12.52+558*17.52+888*252+335*352+156*452+59*552+44*602）/（282+428+558+888+335+156+59+44）】=26.2um.=【（282*103+428*12.53+558*17.53+888*253+335*353+156*453+59*553+44*603）/（282+428+558+888+335+156+59+44）】=28.8um.=（282*102+428*12.52+558*17.52+888*252+335*352+156*452+59*552+44*602）/（10*282+12.5*428+17.5*558+25*888+35*335+45*156+55*59+60*44）=29.1um.=（282*103+428*12.53+558*17.53+888*253+335*353+156*453+59*553+44*603）/（282*102+428*12.52+558*17.52+888*252+335*352+156*452+59*552+44*602）=35.0um.=（282*104+428*12.54+558*17.54+888*254+335*354+156*454+59*554+44*602）（282*103+428*12.53+558*17.53+888*253+335*353+156*453+59*553+44*603）=40.5um.由计算结果可知：DaDsDvDlmDsmDvmDlm=Ds2/DaDsm=Dv3/Ds习题2实验测得SiO2粉体粒度分布数据如下：粒度（m）4.05.68.011.316.022.632.045.064.0颗粒个数365794108986032114试作出：粒度分布矩形图；密度函数图；筛下累积分布图。若粒度分布服从对数正态分布，写出其分布函数，并作出对数正态分布图。解： 对数正态分布图习题3任意画出一颗粒轮廓曲线，用严格等步长法计算其分数维。（为保证作图计算的精度，颗粒轮廓曲线应足够大，Richardson图中数组点线性相关系数要求大于0.9）解：（1）设步长a=2，Pa=12.75=12.75*2=25.5（2）设步长b=4，Pb=5.4=5.4*4=21.6 （3）设步长c=6，Pc=3.3=3.3*6=19.8 得三个数组a（2，2.25） b（5，21.6） c（6，19.8）在Richardson图中取得三个对应点：a（ln2，ln25.5） b（ln4，ln21.6） c（ln6，ln19.8）此三点在Richardson图中构成一斜率为的直线：斜率为=（ln25.5-ln19.8）/（ln2-ln6）=-0.23则分数准值为：D=1-=1.23线性相关系数：习题4实验测得CaCO3粉体粒度之重量分布数据如下：粒度（m）50403025201510531重量累积筛余（%）261726415578919799试作出Rosion-Rammler粒度分布图；求出特征粒径和均匀性系数；写出RRB方程，最后近似计算其质量比表面积。假设颗粒为球形，颗粒密度为2700kg/m3。解：易知上表所对应的lgD及lg【lg（100/R（D）】值为：lgD 1.7 1.6 1.48 1.4 1.3 1.18 lg【lg（100/R（D）】0.23 0.09 -0.11 -0.23 -0.41 -0.59 1 0.7 0.48 0 -0.97 -1.39 -1.88 -2.36Rosion-Rammler粒度分布图如下y=1.5968x-2.4929由图可以读出：C=-2.4929 n=1.5938故由C=lglge-nlgDe=-2.4929可得 De=21.59um即特征粒径 De=21.59um，均匀性系数n=1.5968假设颗粒为球形，总颗粒数为n，则其质量比表面积SW=S/W=6De2/De3=6/De=102.93m2/kg习题5根据Horfied最密堆积理论，欲将基本粒径为100m的球形颗粒进行密堆积，使其填充率达到85.1%的密度，请问还需要哪几种粒径的球形颗粒掺入其中，每一种粒径的颗粒数占整个堆积颗粒总数的百分比为多少？解：堆积状态 球体半径/um 球体相对个数 堆积率1% 1次球体 r=100um 1 74.062次球体 0.414r=41.4 1 79.33次球体 0.225r=22.5 2 81.00 4次球体 0.177r=17.7 8 84.20 5次球体 0.116r=11.6 8 85.10故：基本粒径r=100um的颗粒数占挣个堆积颗粒总数的5%；李金华为41.4um的占5%；粒径为22.5的占10；粒径为17.7um的占40%；粒径为40的占40%。 习题6某粉状物料的真密度为3000，当该粉料以孔隙率的状态堆积时，求其表观密度？解：由=1-a/p故a=（1-）p =（1-0.4）*3000 =1800kg/m3习题7今测得某物料经磨机粉磨后，其产品中小于50的颗粒含量为70%，并已知该粉磨产品符合RRB分布，均匀性系数为0.8，试求产品中介于2025颗粒量2占百分数？解：因为均匀性系数n=0.8D=50um时，R(D)=1-70%=30%又R（D）=100exp-(D/De)0.8,即 100e-（50/De）0.8=30则De=39.65um 所以 R(D)=100 exp-(D/39.5)0.8当D=20um时，R(D)=56.08%当D=25um时，R(D)=50.09%故当D介于2025um时，R(D)=56.08%-50.09%=5.99%习题8通过直剪实验，测得某粉体极限应力状态下的压应力和剪应力的关系如下：压应力（103Pa）25.350.575.5101.0剪应力（103Pa）45.053.762.971.8请用Mohr圆作出破坏包络线，求出内摩擦角和粉体内聚力，并确立该粉体剪应力和压应力的关系式。解：U（D）=100（D/Dmax）n（%），故有U（D）=100（D/60）0.3当D1=60mm时， U（D1）=D2=0.5 D1=30mm时 U（D2）=81.23%D3=0.5 D2=15mm时 U（D3）=65.98%D4= 0.5 D3=7.5mm时 U（D4）=53.59%D5=0.5 D4=3.75mm时 U（D5）=43.53%D6=0.5 D5=1.875mm时 U（D6）=35.36%D7=0.5 D6=0.9375mm时 U（D1）=28.72%D8=0.5 D7=0.46875mm时 U（D7）=23.33%D9=0.5 D8=0.234375mm时 U（D8）=18.95%D10=0.5 D9=0.1171875mm时 U（D9）=15.39%D11=0.5 D10=0.05859375mm时 =0.06mm时 U（D11）=12.5%习题9已知粉体层中某点处应力为=60Pa，=24Pa，=20Pa。试求出Mohr圆半径及圆心位置，并分别用解析法和Mohr圆图解法确定：（1）最大主应力3和最小主应力1及最大主应力向值；（2）若将x-y轴取在主应力面上，求斜面上的压应力和剪应力值。解：（1） 代入=60Pa，=24Pa，20Pa。=42Pa. tan2=10/9，所以=24度故有sin2=0.743，cos2=0.699所以=69Pa. 最小主应力=15Pa，=24度莫尔圆半径：r=27莫尔圆圆心位置：=（42，0）（2）莫尔圆图解由图可知tan2=xy/（x-y）/2=10/9故2=48，=24圆心位置（x-y）/2+y，0）=（42，0）莫尔圆半径r=xysin2=27即（x-y）/2=27，又（x+y）/2=42则1=69，3=15即最大主应力1=69，最小主应力3=15，=24莫尔圆半径r=27 圆心位置（42，0）（2）且式中为粉体层中斜面与最大主应力面所成夹角，题中已知=60故有：=42+27*cos120=28.5Pa =27sin120=23.4Pa习题10密度为2650kg/m3的石英颗粒在水中自然沉降，当水的粘度为1.00510-3PaS，密度为1000kg/m3时，若要使颗粒在层流区内沉降，其最大Stokes粒径为多少？若该颗粒在空气中沉降，其最大Stokes粒径又为多少？空气密度1.225kg/m3，粘度为18.110-6PaS。1. 解：当stokes粒径最大时，即Dp最大 则Rep取最大，即Rep=1 Rep= 又 u= 联立得，Dp= 当颗粒在水中自然沉降： 最大stokes粒径Dp= =1.04*10-4m 当颗粒在空气中自然沉降： Dp= =5.70*10-5m习题11在一个水深6m的大容器里，从液面加入适量球形粉使之自然沉降，若经过适当时间后，从容器底部分别取出沉降的颗粒，以进行沉降粒径分级。水温恒定20，其粘度为1.00510-3PaS，密度为1000kg/m3，颗粒粒度范围11000m，其密度为2500kg/m3。若按粒径1、4、10、50、100、1000m进行分级，请确定相应粒径的颗粒取出时间。解：颗粒的沉降速度 U= 颗粒处于层流区，则C= U= 当Dp=1umU1=8.126*10-7m/sT1=2051h 当Dp=4umU2=1.300*10-5T2=128h 当Dp=10umU3=8.126*10-5m/sT3=20.5h 当Dp=50umU4=2.032*10-3m/sT4=49.22min 当Dp=100umU5=8.126*10-3 m/sT5=12.3min习题12若一圆筒形容器以3000r.p.m.的速度旋转，其内装有粒径为1m的球形颗粒与水的悬浊液，且浓度很低，颗粒密度为3100kg/m3，水温为10，其密度为1000kg/m3，粘度为1.30810-3PaS，试求旋转半径在300mm处的颗粒离心沉降速度。若将水换成空气，其离心沉降速度如何？10的空气密度为1.225kg/m3，粘度为17.610-6PaS.解：颗粒的切向速度假设在层流状态下，离心沉降速度：Ur=. =.检验Rep=为层流假设成立。将水换成空气：Ur=0.29 m/s检验 Rep=为层流，假设成立习题13试求一边长为10.4mm的铝质立方体颗粒，其密度为2855kg/m3，在密度为1420kg/m3，粘度为89.5PaS的液体中的沉降速度。解：设立方体颗粒边长为a，与他等体积球形颗粒粒径为Dp所以 a3=Dp3/6Dp=12.905mm设流态为层流=1.45*103m/s检验：Rer=Dpu/=3*10-41所以为层流，假设成立.颗粒形状修正：