粉体力学与工程之粉体粒度分析及测量培训课件

1、机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院第2章 粉体粒度分析及测量 根本要求：掌握单颗粒尺寸的表示方法和颗粒形状因数、粉体的粒度分布、粉体粒度测量技术。 重点：粉体颗粒的特性参数的定义及测量方法。机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21直径D直径D、高度H？颗粒的大小和形状是粉体材料最重要的物性特性表征量。机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21人为规定了一些所谓尺寸的表征方法人为规定了一些所谓尺寸的表征方法三轴径统计平均径当量径机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21高度h：颗粒最低势能态时正视投影图的高度宽度b：颗粒俯视投影图的最小平行线夹距长度l：颗

2、粒俯视投影图中与宽度方向垂直的平行线夹距三轴径三轴径 图中颗粒处于一水平面上，其正视和俯视投影图如下图。这样在两个投影图中，就能定义一组描述颗粒大小的几何量：高、宽、长，定义规那么如下：机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21hbl机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21三轴几何平均径：三轴几何平均径： 与颗粒外接长方体体积与颗粒外接长方体体积 相等的立方体的棱长相等的立方体的棱长3lbh 三轴平均径计算公式三轴平均径计算公式3hbl三轴算术平均值：三轴算术平均值：立体图形的算术平均立体图形的算术平均hbl1113三轴调和平均径三轴调和平均径： 与颗粒外接长方体比表

3、面积相等的球的与颗粒外接长方体比表面积相等的球的直径或直径或立方体的一边长立方体的一边长机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21附表附表 各单一粒径的物理意义各单一粒径的物理意义机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21统计平均径统计平均径(1) 马丁直径马丁直径 是显微镜测定的一个术语。显微是显微镜测定的一个术语。显微镜的线性目镜测微标尺如游丝测微镜的线性目镜测微标尺如游丝测微标尺，把颗粒的投影面积分成面积标尺，把颗粒的投影面积分成面积大约相等的两局部。这个分界线在大约相等的两局部。这个分界线在颗粒投影轮廓线上截取的长度，称颗粒投影轮廓线上截取的长度，称为为“马丁直

4、径马丁直径dm。2费雷特直径费雷特直径 沿一定方向测量颗粒投影轮廓的沿一定方向测量颗粒投影轮廓的两端相切的切线间的垂直距离，在两端相切的切线间的垂直距离，在一个固定方向上的投影长度，称为一个固定方向上的投影长度，称为“弗雷特直径弗雷特直径 df。机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-213 3投影直径投影直径 dP dP 是用一个与颗粒投影面积大致相等的圆的直径来是用一个与颗粒投影面积大致相等的圆的直径来表示的。表示的。机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21与颗粒有某种等量关系的球或投影圆的直径。当量径当量径机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21等体

5、积球当量径 与颗粒同体积球的直径36vvd 等外表积球当量径 与颗粒等外表积球的直径ssd 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21比外表积球当量径 与颗粒具有相同的外表积对体积之比，即具有相同的比外表的球的直径236svddsvsvd投影圆当量径 与颗粒投影面积相等的圆的直径aad4等周长圆当量径 与颗粒投影外形周长相等的圆的直径lld 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21 以上各种粒径是纯粹的几何表征量，描述了颗粒在三维空间中的线性尺度。在实际粉末颗粒测量中，还有依据物理测量原理，例如运动阻力，介质中的运动速度等获得的颗粒粒径，这时的粒径已经失去了通常的几何

6、学大小的概念，而转化为材料物理性能的描述。因此，除球体以外的任何形状的颗粒并没有一个绝对的粒径值，描述它的大小必须要同时说明依据的规那么和测量的方法。机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院棒状LaPO4粉末的透射电镜照片 还原Fe粉扫描电镜照片球形CdS粉末扫描电镜照片 颗粒形状是指一个颗粒的轮廓边界或外表上各点所构成的图像。球形铜粉的光镜照片机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21颗粒的扁平度和伸长度颗粒的扁平度和伸长度外表积形状因数和体积形状因数外表积形状因数和体积形状因数球形度球形度形状因数形状因数 表示单一颗粒外形的几何量的各种无因次组合。机械与汽车工程学院机械与汽车工程学

7、院2022-2-211 1颗粒的扁平度和伸长度颗粒的扁平度和伸长度 伸长度伸长度n长径长径/短径短径=l/b扁平度扁平度m短径短径/高度高度=b/h1/ bl1/hb机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-212 2外表积形状因数和体积形状因数外表积形状因数和体积形状因数 不管颗粒形状如何，只要它是没有孔隙的，它的外表积一定正比于颗粒的某一特征尺寸的平方，而它的体积正比于这一尺寸的立方。如果用d代表这一特征尺寸，那么可表示为2SSd3VVd对于球形对称颗粒，S= 和 V =/6机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-213 3球形度球形度表示颗粒接近球体的程度与颗粒体积相等

8、的球体的外表积颗粒的实际外表积222SVsvcddddSVSVcdd3/2223/2836.4/6其表达式为：用 和 表示：VSc机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-211 1频率分布频率分布%100)(NnDfpp 通常取各粒级的 DP相等，f 能较直观表示颗粒的组成特性。 DP一般用每一个区间的中点表示，即组中值一般用每一个区间的中点表示，即组中值 di 。在粉体样品中，某一粒度 范围内用 表示的颗粒与之相对应的颗粒个数为 在样品中出现的百分数%，即为频率分布。 样品的颗粒总数为N，那么pDppDD21pn 落在每一个区间

9、的颗粒数除以便是颗粒分布频率 。可采用个数基准和质量基准表示。机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21 颗粒频率分布函数颗粒频率分布函数%100)(maxminppdddDDf颗粒频率分布的等组距直方图及分布曲线图颗粒频率分布的等组距直方图及分布曲线图机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-212 2累计分布累计分布大于某一粒径大于某一粒径Dp的颗粒质量占颗粒群总质量的百分的颗粒质量占颗粒群总质量的百分数，称筛上余累计分布累计百分数数，称筛上余累计分布累计百分数R Dp ，,用用“+表示表示 小于某一粒径小于某一粒径Dp的颗粒质量占颗粒群总质量的百分的颗粒质量占颗粒群总

10、质量的百分数，称筛下累计分布累计百分数数，称筛下累计分布累计百分数D Dp ，用用“-表示表示 RD=100% 工业常采用筛余累计计表示累计分布工业常采用筛余累计计表示累计分布 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21一般粒度测试结果都是以累计分布表示出来一般粒度测试结果都是以累计分布表示出来 如在使用筛析法、重力沉降法，离心沉降法等测试方法时。如在使用筛析法、重力沉降法，离心沉降法等测试方法时。筛上和筛下累积分布直方图及曲线图筛上和筛下累积分布直方图及曲线图机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21ppdDdRfD/, 0pdDppdDDfDRpmax)()(pDd

11、pppdDDfDDmin)()(机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21平均粒径表达式的通式归纳如下11dfdfndndDnn133133dfdfddDww以个数为基准以个数为基准以质量为基准以质量为基准fn和fw分别为个数基准与质量基准的频率分布机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21平均粒径中个数基准和质量基准的换算公式？qpqqqpqrwdwdndnd1331pqr,和不同操作和粉体性质有关的系数机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21机械

12、与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-2150DmoD%50)()(5050DRDD三种不同粒度分布的粉体三种不同粒度分布的粉体机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21正态分布：正态分布：.,)2)(exp(21)(22,为标准偏差为平均值为自变量papDaxaxDf 函数表达：正态分布的概率密度函数(频率分布函数)由下式给出: a称为正态分布的位置参数,而的大小与曲线的形状相关, 越小,密度曲线越陡,此分布取值越集中, 越大,密度曲线越平缓,此分布取值越分散, 称为正态分布的形状参数. 图形表达：机械与汽车工程学院机

13、械与汽车工程学院2022-2-21对数正态分布：对数正态分布：对数正态分布的数学形式如下gpgggpgPDDDDDf225022lg2lglgexplg21lg2lglgexplg21式中 Dg-几何平均粒径； g- 几何标准偏差。平均粒径的计算比外表计算机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-211、显微观察法光学显微镜(3-1000m)扫描电子显微镜场发射、 W灯丝、 LaB6灯丝) (10nm-1000 m )透射电子显微镜(2nm-1 m)高分辨透射电子显微镜与光镜相连的图像分析仪JEOL3010JSM7500机械与汽车

14、工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21u测量方法常用放大倍数 200-600. 目镜测微尺校准.常用的目镜测微尺有 直线测微尺,网格测微尺 读数方法 : 某一直线线切割.分10-20个粒径级, 测量数目600个。机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21获得的结果：频率分布图累积分布图机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21英国标准中以投影面积等级为标准：颗粒轮廓的投影面积相等价的园的面积表征颗粒的大小 This figure shows a typical reticule given in British Standard 3406 showing seve

15、n circles in a root-2 progression of sizes and five different geometric areas.机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-212、筛分法利用筛孔尺寸由大到小组合的一套筛,借助振动把粉末分成假设干等级,称量各级粉末重量,即可计算用重量百分数表示的粒度组成。筛分法的度量： 筛孔的孔径和粉末的粒度可以用微米(毫米),或目数表示。 所谓目数是指筛网1英寸毫米)长度上的网孔数。 m=25.4/(a+b) , m目数, a 网孔尺寸,b丝径。振动筛装置各种筛子各种规格筛网机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-2

16、13、库尔特记数法流体扫描流体扫描概念流体扫描概念Stream Scanning MethodsStream Scanning Methods： 通过每个单个颗粒与外加场电场、磁场作用的大通过每个单个颗粒与外加场电场、磁场作用的大小来获得与尺寸相关的信号。小来获得与尺寸相关的信号。只能在低颗粒浓度的体系中测量，特别适合颗粒计数。只能在低颗粒浓度的体系中测量，特别适合颗粒计数。可测量在液体气体中的颗粒可测量在液体气体中的颗粒机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21 Coulter counter原理图美国贝克曼公司库尔特记数仪Scheme:机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院202

17、2-2-21测量原理 仅在液体中测量。颗粒分散在电解液中，尺寸的小孔插入悬浮液中，在小 孔两端施加一电场，利用真空启动悬浮液流动，颗粒会一个个地通过小孔，这样造成电阻的瞬态变化，从而产生电流、电压脉冲，其脉冲高度与颗粒体积成正比，这个脉冲信号被放大、尺寸化，计算，然后表达为尺寸分布。颗粒尺寸范围：0.6 to 1200m with different apertures/ tubes。每个小孔可感知的尺寸范围为：计数孔孔径的2% to 60% 。机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-214、激光衍射法英国马尔文 Mastersizer 2000 粒度分析仪器 测试范围：340m 国

18、产BT-9300H型激光粒度仪 测量范围： 0.02m 2000m 机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21测量原理示意图机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-21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机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院粒度分析报告D50:26.589umD4,3:26.836umD3,2:22.748umObscuration:16.036%Span:0.940D2,1:18.233umSSA:97.689m2/kgResidual:3.743%D03:9.111umD06:11.431umD10:14.571umD16:17.208umD25:20.119umD50:26.589umD75:33.219umD84:36.578umD90:39.565umD97:46.097um机械与汽车工程学院机械与汽车工程学院2022-2-215、沉降法1重力场光透过沉降法重力场光透过沉降法 密度为密度为s，粒径为，粒径为D，质量为，质量为m的球形颗粒在密度为的球形颗粒在密度为 t ，粘度为粘度为的无限容积中做沉降运动。的无限容积中做沉降运动。几个假定：几个假定： 1颗粒为刚性球体，颗粒为刚性球体， 2颗粒沉降时互不干扰，颗