外文翻译 陈阳.doc

用毛细管超声振动进行细粉末的微量给料摘要 使用直径为0.58至1.26毫米不等的振动毛细管对细粉末的微量给料进行实验研究。压电能转换器产生20千赫兹的超声波振动使管排放出微米或亚微米颗粒。推导出在振动毛细管中粉末流动的原理。例如通过他们自身的微振动时内壁附近的一层薄薄的颗粒充当了润滑剂的作用。因此内壁粉末在重力作用下很容易通过管道。毛细管中颗粒粉末的流量，流速和填充率也被获得。此外在粉末排放特征中一个相应于流体粘度的新因素被介绍。从使用各种细粉末的实验中可以发现，即使以每秒一毫克的速度持续微量给料操作也是可能的。命名 a 振幅的振动MDag50 凝聚粒子的质量平均粒径M。Dp50 大规模的初级粒子的平均粒径Md 毛细管内径M。f 振动赫兹频率g 重力加速度平方秒每米k 式7中的常数。 米/秒L 毛细管长度M1 微振动颗粒薄层的有效厚度M。P 超声振动的电力功率WS 一个粒子层的面积平方米T 时间sv 粉末速度m/sw 粉末流量kg/sU 定义式2）的因子PA.SPp 粒子密度公斤/米 壁面摩擦应力PA 填充率 - 1引言像陶瓷传感器，碳粉等由各种超细粉末制成的复合材料的产品的性能因合成而被影响。为了保持这些复合材料产品的高品质，原材料的质量控制是很重要的，因此，超细粉末的微进给系统在工业生产研究和发展过程中是被需要的。在一般情况下，大颗粒具有较高的流动性和对它们给料是很容易的。然而较小的颗粒容易结块因此经常给料变得困难1。微量给料这些小颗粒时，用一个简单有效和持续的外部力量的机制使团聚的颗粒尽可能小的进行分解 2，3。由于这些要求的结果，形成一种新的用振动毛细管（内径：D =0.41.6毫米，频率：F 760赫兹）的方法 4。即使在速率0.2毫克/秒的情况下，细微颗粒（大小约10微米）也会连续排放的。此外，毛细管可用于使细微颗粒送入被限制的区域。实现粉末成功排放的关键条件是与振动加速度有关。事实表明，高频率，将有效地排放更多更小的胶粘颗粒。因此，我们注重运用超声波振动。虽然被应用于超声波振动的斋藤等对于送粉给料来说3，使用的颗粒大小和给料速率与我们的目的比较相对较大。我们的研究是为了开发一种和每秒毫克的摄食率0.4um差不多小的适用于超细粉末的微型给料系统。2，实验仪器和程序图1显示微量给料的实验装置。细粉末被填充在漏斗和从直径为0.58和1.26微米之间不等的毛细管中排放的。用一个20千赫（大竹工程有限公司）压电能转换器产生超声波振动。电力控制的范围在 50160 W之间.奥凡角与直角（直径：20mm）的组合关系如图1所示。超声振动的传播媒介是在一个直径为90毫米和200毫米的高度水域中。从毛细管排放出的粉末质量以0.1mg的分辨率不断通过电动平衡测量和数据被采样到计算机的。视频显微镜是用来获取在管内测量的粉速度信息。用于测试粉末表1所示。在室温条件（温度;18-24;相对湿度：5575），进行实验。3。结果与讨论3.1。从毛细管粉中排放粉末在一般情况下，因为内壁粘附细粉末无法通过毛细管。然而超声波振动使细粉末通过毛细管。图2给出了一张粉末从毛细管掉下的照片。粉末填满了毛细管，粉末运动是近似塞流。从毛细管末端看出，一小块粉的末在一定的时间间隔内下降。在这些条件下，每一块的质量大约为0.4毫克。3.2毛细管粉末流动的原理。为了明白在振动毛细管粉末流动的机理，我们对振动平板表面（直径为90毫米和0.5毫米厚）的粒子进行了实验。形成了一个直径3毫米和高度为0.3或1.5毫米的圆柱状的粉末床，它被置于水板中心。超声波振动开始时，粉末立刻被分解，分散在表面。作为一个典型的例子，运行30分钟后，震动表面上的颗粒模糊显示图2排放毛细管粉末（粉煤灰，Dp5o = 15微米，D =0.69毫米，L为140毫米，P = 100W，每250秒接触一次）。 图3 运行30分钟后振动表面的颗粒（粉煤灰，Dp5o = 15微米，P = 100W）如图3小团聚颗粒被均匀地分散和单层团聚颗粒是被形成。显微镜观察表明，该粒子在表面上高频率随机移动。颗粒相互碰撞形成团聚，但是较大的团聚体由于与其他颗粒或与板面碰撞解体。凝聚颗粒的大小由集聚和解体进行平衡控制。该区域立即增加，并达到某个极限值。比较图4（a）及（b），也没有增加粉末床初始高度（0.3或1 .5毫米）的趋势。 图4被覆盖的震动表面颗粒层的时间函数（p =100瓦）（a）初始粉末高度0.3毫米的，（B）1.5毫米（0：球形氧化铝，DP50=3um;：氧化铝，Do50=5um;：粉煤灰，DP50=l5um;：氧化铝，Dpio=16m）。图5-团聚粒子的量纲直径Dag50/DP50作为初级颗粒大小（p =100瓦）颗粒层的最终高度，即震动的表面上的团聚颗粒的直径，是随着各种粉末被测量，并以量纲直径Dag50/DP50在图5显示。随着初级颗粒直径DP50的增加的同时他们减少，质量平均直径大于20微米的颗粒团聚不会形成。图中实线5表示Dag50=20UM，显示所有粉末形成20m的团聚颗粒。 当振动平坦的表面稍微倾斜（水平线3度），所有的表面上团聚颗粒在重力作用下缓慢移动，表明团聚颗粒和振动表面的附着力相当小。通过上述观察，粉末振动毛细管流动的原理被视为如下：管壁与内部粉末塞流之间有一层薄薄的微振动颗粒，层充当润滑剂的作用。因此即使内部粉末没有足够的流动性，内部粉末在重力作用下也能通过毛细管。粉末的运动是近似塞流。因此，粉末流率可以由下面的公式表示，忽略墙层厚度： 其中PP是粒子密度，v是速度和Q是填充率：33粉末流量，流速和填充率图6显示了粉煤灰的粉末流速作为内径毛细管或（b）超声振动的电力功能。在这个实验中微量给料以低至40微克/ s的速度获得。粉末流率W单调增加图6。粉末流量W.（a）内径d的影响。（b）电能P.的影响 粉煤灰：DP50=15微米。管直径在0.81毫米或更小时 管直径d随着电功率P的增加而增加，直径为1.04毫米或以上时管直径d随着电功率P的增加而下降。在毛细管中的粉末速度如图7作为内径或电力的功能。虽然速度是非常缓慢的，但是粉末的流动是稳定的。在0.8毫米以下时直径增加时速度略有降低，但在0.8毫米以上上升。图7（b）表明，管的直径为0.81毫米或更小时电力的速度v增大，但管的直径是I.04毫米或更大时电力的速度v下降图7 通过毛细管粉末速度。（a）内径d的影响。（b）电力的影响P. 粉煤灰：DP50=15微米。图8。毛细管中的填充率。（a）内径d影响。（b）电力P的影响.粉煤灰：Dp50=15um。有趣的是，在速度变化时有两种不同的倾向。这可能是由于填充率的变化造成的。 由于填充率不能直接被测量，他是通过使用EQ（1）粉末的流量和流速的实验数据计算得来的。结果如图8。管直径低于0.8毫米时填充率略有增加，但高于0.8毫米时减小。图8（b）表明填充率随着电力的增加而增加，尤其是直径为1.04毫米或以上时，它的变化很大。这些结果表明振动有两个作用：提高流动性和提高填充率。当填充率的增加时流动性降低。即粉末流量与振动粉末的增加与否取决于这两个因素的变化。3.4粉末放电特性 正如在3.2节提到，墙附近一层薄的的微振动的颗粒对粉末的排放是非常 重要的。这是类似流体流动的边界层。现在，我们引入一个新的元素U如下其中t为壁摩擦应力，i是一层薄薄的有效厚度，v是粉末速度。因子U对应的牛顿流体的粘度。如果粉末在毛细管上施加重力的力量是等于在墙壁上的摩擦力，单位长度的力平衡得到下面的等式： 其中，g是重力加速度。方程（3）改写如下图9。因素u和填充率之间的关系。（p = 50160瓦，式5 L= 20微米）。从式（2）和（4），推导出下面的公式：.、 图9显示的因素u和填充率之间的关系。U随着填充率的增加而增加，在实验中不论是管的内径还是振动的电力u都代表功能：.从式（5）（6），速度v和填充率之间得到以下关系：3.5 排放各种超细粉末.各种超细粉末的粉末流速如图10的时间关系函数。在这些实验中，使用内径为1.26毫米，长度为50mm的毛细管。超声波磡尖放在离毛细管和电力100 W的1毫米远处。一系列的六个措施（每次测量时间为10秒）每900秒进行一次。粉末流率在早期阶段是相当高。这是因为它需要一段时间使毛细管填充率的比例达到稳态值。通过超声波振动水温提高到约40度。然而对粉末流量没有任何影响。此外即使使用60的热水也没有问题，。这些结果表明，微进给系统的连续运行是可能的图10排放各种超细粉末（D=1 .26mm,L=50mm,P=100W）4 结论通过采用超声波振动粉末给料实验可以得出以下结论：（1）当在平板块的底部应用超声波振动时，放在平板上的超细粉末立刻被分解和散布在平板表面。在表面上颗粒以高频率随机移动和单层团聚颗粒（大约20微米）被形成。（2）超细粉末通过振动毛细管和内壁附近的粉末运动近似于一层薄的边界层的塞流。由微振动颗粒组成的层充当了粉末流动的润滑剂。（3）粉末排放具有相应于牛顿流体粘度的新元素的特征，这个元素是成正比于管内径填充率和超声波振动电能的四分之一的能量（4）即使以每秒一毫克的速度，微米或亚微米级颗粒持续微给料操作也是可能的鸣谢这项研究是被鼓励青年科学家援助所支持的。 日本教育科学文