粉体力学课件：1 绪论2015.pptx

1、 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体力学粉体力学2022-2-121 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 2 课程简介课程简介 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 3 课程简介课程简介 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 4主讲教师主讲教师刘凤霞刘凤霞 电话：84986479 2022-2-124n上课地点和时间

2、：1-8周 综合教学2号楼A403 课程简介课程简介西综西综2 2号楼号楼A403A403粉体粉体力学力学西综西综2 2号楼号楼A403A403粉体粉体力学力学 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 5 课程简介课程简介力学力学静力学静力学运动学运动学动力学动力学力学力学固体力学固体力学流体力学流体力学其他其他 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 6 课程简介课程简介固体力学固体力学 萌芽时期：萌芽时期：公元前二千多年前公元前二千多年前，中国和世界其他文明古

3、国开，中国和世界其他文明古国开始建造有力学思想的建筑物、简单的车船和狩猎工具等。隋始建造有力学思想的建筑物、简单的车船和狩猎工具等。隋开皇中期开皇中期( (公元公元591591599599年年) )建造的赵州石拱桥，已蕴含了近建造的赵州石拱桥，已蕴含了近代杆、板、壳体设计的一些基本思想。代杆、板、壳体设计的一些基本思想。 发展时期：发展时期：实践经验的积累和实践经验的积累和1717世纪物理学的成就，为固体世纪物理学的成就，为固体力学理论的发展准备了条件。力学理论的发展准备了条件。1818世纪，制造大型机器、建造世纪，制造大型机器、建造大型桥梁和大型厂房这些社会需要，成为固体力学发展的推大型桥梁

4、和大型厂房这些社会需要，成为固体力学发展的推动力。此后，主要经历了四个阶段：动力。此后，主要经历了四个阶段： 基本概念形成的阶段；解决特殊问题的阶段；建立一般基本概念形成的阶段；解决特殊问题的阶段；建立一般理论、原理、方法、数学方程的阶段；探讨复杂问题的阶段。理论、原理、方法、数学方程的阶段；探讨复杂问题的阶段。 这一时期，固体力学基本上是沿着研究这一时期，固体力学基本上是沿着研究弹性规律弹性规律和研究和研究塑性规塑性规律律，这样两条平行的道路发展的，而弹性规律的研究开始较早。，这样两条平行的道路发展的，而弹性规律的研究开始较早。2022-2-126 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工

5、程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 7 课程简介课程简介流体力学流体力学 萌芽时期：萌芽时期：约约22002200年前年前，希腊学者阿基米德的，希腊学者阿基米德的“论浮体论浮体” ” 发展时期：发展时期：16871687年牛顿在年牛顿在自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理中讨论了中讨论了流体阻力、波浪运动等内容，使流体力学成为力学中的一个流体阻力、波浪运动等内容，使流体力学成为力学中的一个独立分支。此后，主要经历了三个阶段独立分支。此后，主要经历了三个阶段： 伯努利 液体运动的能量估计及欧拉 液体运动的解析方法，为研究液体运动的规律奠定了理论基础，在此基础上形成了一

6、门属于数学的古典“水动力学” 实际粘性流体的基本运动方程N-S方程，奠定了理论基础。以实验方法来制定经验公式的“实验流体力学”。 19世纪末，理论分析方法和实验分析方法相结合，解决实际问题，同时古典流体力学和实验流体力学内容也不断更新变化(相似理论和量纲分析，边界层理论和紊流理论等)，最终形成理论与实践并重的研究实际流体模型的现代流体力学。2022-2-127 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 2022-2-128 课程简介课程简介粉体粉体 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研

7、究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论 William William Blake Blake （1757-18271757-1827）威廉威廉布莱克：布莱克：英国英国诗人、水彩画家、版画诗人、水彩画家、版画家家天真的预言天真的预言（Auguries of InnocenceAuguries of Innocence，18631863）开头著名）开头著名4 4句句： To see the world in a grain of sand 一沙一世界一沙一世界And a heaven in a wild flower 一花一一花一天国天国Hold infinity in the palm of you

8、r hand 君君掌盛无边掌盛无边And eternity in an hour 刹那刹那含永劫含永劫 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论To see a world in a grain of sand 贝壳贝壳 、残骨、碎石、残骨、碎石造物者造物者在细沙间留下痕迹在细沙间留下痕迹由熔化的岩浆凝固后形成的像由熔化的岩浆凝固后形成的像雨花石的沙粒雨花石的沙粒 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论To see a world in a gr

9、ain of sand 浅绿色的橄榄石富含铁，密度浅绿色的橄榄石富含铁，密度大，抗风化，经得起百万年的大，抗风化，经得起百万年的波浪冲刷波浪冲刷有些沙粒是由海洋生物尸体形有些沙粒是由海洋生物尸体形成的，这也是许多热带海滩的成的，这也是许多热带海滩的主要成分主要成分 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论To see a world in a grain of sand 粉红色和红色的沙粒是石榴粉红色和红色的沙粒是石榴石；中间浅绿色的是绿帘石；石；中间浅绿色的是绿帘石；角形的黑色磁铁矿石角形的黑色磁铁矿石典型的沙漠沙粒，

10、高强度、长典型的沙漠沙粒，高强度、长时间碰撞和磨损，红色是来自时间碰撞和磨损，红色是来自空气中的氧化铁覆盖形成空气中的氧化铁覆盖形成 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 史前，植物种子史前，植物种子粉末粉末明代宋应星的明代宋应星的天工开物天工开物，详细的描述和总结了一，详细的描述和总结了一些原始的粉体工艺加工过程。但当时未命名为些原始的粉体工艺加工过程。但当时未命名为“粉体粉体”。化妆品化妆品2022-2-12

11、14 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论 化学工程师化学工程师和和选矿工程师选矿工程师：利用粉体技术利用粉体技术解决解决很多实际很多实际问题问题 结构结构和土木工程师和土木工程师：建造建造粉体料粉体料仓仓 物理化学物理化学学家和物理学家学家和物理学家：研究研究粘结力和摩擦力的控制粘结力和摩擦力的控制因素因素 数学和数学和土力学土力学学者学者：需要借助于需要借助于计算机计算机解决解决一些数学问题一些数学问题 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘

12、凤霞 绪论绪论u 粉体粉体技术学科技术学科：是一门是一门交叉性、交叉性、综合性综合性的的技术科学。由于技术科学。由于其跨学科、跨技术的交叉性和基础理论的其跨学科、跨技术的交叉性和基础理论的综合综合性，因此它既性，因此它既与若干基础科学相毗邻与若干基础科学相毗邻，又与又与工程工程应用应用广泛广泛联系联系。u 粉体力学课程粉体力学课程：主要：主要研究粉粒体的力学行为和特性，是研研究粉粒体的力学行为和特性，是研究、开发和设计粉粒体处理单元工艺、工程和设备的重要基究、开发和设计粉粒体处理单元工艺、工程和设备的重要基础，对过程装备与控制工程、安全工程专业学生全面掌握流础，对过程装备与控制工程、安全工程专

13、业学生全面掌握流程型工业的过程及装备具有重要的作用。程型工业的过程及装备具有重要的作用。 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论 20世纪世纪60-70年代年代：由于由于石化、能源和矿山技术的发展，石化、能源和矿山技术的发展，粉体力学及工程技术粉体力学及工程技术得到了迅速的发展，在世界各地出版了得到了迅速的发展，在世界各地出版了各种版本的颗粒学专著各种版本的颗粒学专著，这些专著对粉体这些专著对粉体力学和力学和工程工程的的理论理论与应用发展起到很大的推动作用与应用发展起到很大的推动作用。 粉体力学粉体力学 大连理工大学流

14、体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论 20世纪世纪80年代年代：随着微米随着微米和和超超细颗粒材料制备与应用技术细颗粒材料制备与应用技术的发展的发展，致使致使微米微米和和超超细颗粒细颗粒成为成为粉体技术的粉体技术的热门热门研究研究课课题题微米微米和和超细颗粒与超细颗粒与传统粉体传统粉体的的性能和性能和行为行为差异差异很大很大。 20世纪世纪90年代年代：纳米纳米材料制备与应用技术的发展赋予材料制备与应用技术的发展赋予了了粉粉体技术体技术新新的生命，从原子和分子的微观尺度和纳米尺度来的生命，从原子和分子的微观尺度和纳米尺度来研研究究粉体粉体的的行为，

15、行为，使使粉体理论和技术粉体理论和技术成为成为一门多学科交叉的尖一门多学科交叉的尖端学科。端学科。 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 约翰约翰艾特肯博士写道艾特肯博士写道：“漂浮在大气中的尘埃引起了人们越来越漂浮在大气中的尘埃引起了人们越来越多的关注。随着对这些看不见的粉尘认识的加深，我们的兴趣也浓多的关注。随着对这些看不见的粉尘认识的加深，我们的兴趣也浓厚了。当我们认识到这些尘埃对我们的生命至关重要时，我们几乎厚了。当我们认识到这些尘埃对我们的生命至关重要时，我们几乎可以说，人们对它的担忧是不无道理的。无论是小到经过许多

16、倍显可以说，人们对它的担忧是不无道理的。无论是小到经过许多倍显微镜放大后也看不见的那些无机尘埃，还是漂浮在大气层内不可见微镜放大后也看不见的那些无机尘埃，还是漂浮在大气层内不可见的更大一点的有机粒子；尽管这些粒子看不见，但它们可是传播人的更大一点的有机粒子；尽管这些粒子看不见，但它们可是传播人类疾病和死亡的瘟神类疾病和死亡的瘟神这些瘟神远比诗人或画家曾表现出来的要这些瘟神远比诗人或画家曾表现出来的要真实的多真实的多” 环境污染控制领域环境污染控制领域跨学科、跨行业的综合性极强跨学科、跨行业的综合性极强材料、冶金、化工、矿业、机械、建筑、食品、医药、能材料、冶金、化工、矿业、机械、建筑、食品、医

17、药、能源、电子及环境工程等。源、电子及环境工程等。2022-2-1219 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论 国际标准化组织国际标准化组织（ISO）的认定，社会经济过程中）的认定，社会经济过程中的全部产品通常分为四的全部产品通常分为四类类 硬件硬件产品（产品（hardware） 软件产品软件产品（software） 流程流程型型材料材料产品（产品（processed material） 服务服务产品（产品（service） 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研

18、究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论 在在21世纪初，我国和世界上各主要发达国家都已世纪初，我国和世界上各主要发达国家都已经把经把“先进制造技术先进制造技术”列为自己国家优先发展的战略性列为自己国家优先发展的战略性高技术之一。通常，先进制造技术主要是指高技术之一。通常，先进制造技术主要是指硬件产品硬件产品的的先进制造技术和先进制造技术和流程流程型型材料材料产品产品的先进制造技术的先进制造技术。 流程流程型型材料材料：气气体、体、液液体、粉体体、粉体 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论 自自然界中然界中：粉体粉体是常见的

19、一种物质存在形式，是常见的一种物质存在形式，如如：河河沙沙、粉尘等、粉尘等 日常生活中日常生活中：粉体粉体是不可缺少的生活用品，是不可缺少的生活用品，如如：食盐食盐、米、面粉、洗衣粉、米、面粉、洗衣粉等等 工业工业生产生产中中：粉体粉体有着更重要的位置；有着更重要的位置；如如：食品食品、医药、电子、冶金、矿山、能源等工业中，粉体不医药、电子、冶金、矿山、能源等工业中，粉体不仅是重要的原料，也是重要的仅是重要的原料，也是重要的产品产品 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论 化学化学工业工业中：中：约约60%的产品是的产

20、品是粉体粉体。如果如果加上粉加上粉体悬浮在体悬浮在液体液体和气体中和气体中的的产品，粉体和含粉体的产产品，粉体和含粉体的产品可达品可达80%；考虑粉体原料和中间产物，在化学工；考虑粉体原料和中间产物，在化学工业中粉体的处理量可达粉体产品的业中粉体的处理量可达粉体产品的3-4倍倍。 粉体涉及广泛的操作单元粉体涉及广泛的操作单元：储存、输运、混合、分储存、输运、混合、分离、制粉、造粒、流态化等离、制粉、造粒、流态化等，涉及工程、力学、物理、化涉及工程、力学、物理、化学、材料等学科的基础理论和技术学、材料等学科的基础理论和技术 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与

21、粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 242022-2-122430202680美国各工业粉体销售额 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论 20世纪世纪80年代年代，美国一家咨询公司美国一家咨询公司对美国和对美国和加拿加拿大大的的37家与粉体有关（原料或产品）的工厂作了调研家与粉体有关（原料或产品）的工厂作了调研，得到如下结论：，得到如下结论： 2/3工厂的运行负荷小于工厂的运行负荷小于90%的设计负荷；的设计负荷； 1/3工厂的运行负荷小于工厂的运行负荷小于60%的设计负荷；的设计负荷； 20世纪世纪80年代

22、与年代与60年代的设计水平相当。年代的设计水平相当。 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论 在工程领域中，粉体和散料的处理被称为粉体技术粉体技术，是过程工业的重要组成。 粉体材料性能的变化或转化： 粉碎、聚集、混合和偏析。 单个颗粒加工 颗粒群加工 粉体的处理过程：存储、输运 不增值但不可少不增值但不可少 增加产品附加值增加产品附加值 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论 粉体力学性能有其特殊性粉体力学性能有其特殊性： 类固体行为类固体行为

23、 类流体行为类流体行为 颗粒群界面行为颗粒群界面行为与其他物质以分子和原子作为研究对象相异，粉粒与其他物质以分子和原子作为研究对象相异，粉粒体一般以单个颗粒作为最基本的单元体一般以单个颗粒作为最基本的单元2022-2-1227 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论 20世纪世纪40年代年代：第一部专著第一部专著Mircromeritics 20世纪世纪50年代年代：战后的日本战后的日本粉体工程粉体工程 20世纪世纪50年代年代：德国德国Karlsruhe（卡尔斯鲁厄）（卡尔斯鲁厄）大学大学化工机械系化工机械系Rump

24、f，开设，开设“粉体工程粉体工程” 20世纪世纪60年代年代：英国英国Bradford（布拉德福德）（布拉德福德）大学化大学化学工程系学工程系 Williams博士博士，粉体技术研究生院粉体技术研究生院（Graduate School of Post-graduate Studies in Powder Technology），）， “Powder Technology” 创刊创刊2022-2-1228 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论 20世纪世纪70年代年代：20 多家跨国多家跨国公司集资成立公司集资成立“国

25、际细国际细粉学会粉学会”（International Fine Particle Research Institute）。每年出资）。每年出资设立设立项目解决与粉体有关的生产项目解决与粉体有关的生产问题及产品开发研究，现已发展为约问题及产品开发研究，现已发展为约 40 家成员公司。家成员公司。 20世纪世纪90年代年代：美国化学工程师学会每美国化学工程师学会每 4 年举办一年举办一次次 “颗粒技术论坛颗粒技术论坛” 。 2022-2-1229 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论 1990年年：“显微隧道扫描技术国际

26、会议显微隧道扫描技术国际会议”预示纳米技预示纳米技术的诞生，之后每术的诞生，之后每2年举办一次年举办一次“纳米技术国际会议纳米技术国际会议”。20世纪世纪80年代年代：在中科院过程研究所（原化冶院）郭在中科院过程研究所（原化冶院）郭慕孙院士的建议下成立了慕孙院士的建议下成立了“中国颗粒学会中国颗粒学会”。2022-2-1230 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 在选矿和许多化学工业领域，了解粉体和散料的填充和流动的控制因素是非常必要的。 料仓内粉体的贮存，松散的粘连聚集，密实坚强压实物的制造等均需要填充物的几何尺寸参数以及

27、通过它们力的传递信息；通过料仓出口的排料，通过锥斗或斜槽的流动，混合流动，盲孔处的填充等均需要流型、粉体的强度以及它们对表面的粘附信息。2022-2-1231 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 2022-2-1232 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 绪论绪论2022-2-1233 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 在粉体处理过程中，粒子或颗粒彼此间密切接触，在

28、它们的聚集体内所发生的一切行为很大程度上是由颗粒间的粘附和摩擦所控制的。在涉及固相、流体相占主导地位的其它工艺过程中，例如，通过固定床的流动、流化床系统、一些水力或气力输送系统、粉尘捕集器等，其装置的设计和操作需要借助于粉体力学的知识。同样，当固相起主要作用时，粉体力学的知识是必须的。2022-2-1234 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 2022-2-1235 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 1852年：Hagen研究了砂子的

29、流动问题； 1885年：Osborne Reynolds观察到沙堆在变形期间的膨胀特性 粉体力学本应与流体力学并行发展，然而，粉体力学发展较慢。只是在现在，当需要开发新的粉体，过程装备需要自动化，大量细粉物料需要处理时，粉体力学的原理及应用正面临新的挑战。2022-2-1236 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体力学与土力学的基本方程粉体力学与土力学的基本方程的的相同相同点：点：Coulomb（1776年）年）和和Rankine（1857年）早期开展的沙堆摩擦行为的研究为基础。年）早期开展的沙堆摩擦行为的研究

30、为基础。 粉体力学与土力学的基本方程粉体力学与土力学的基本方程的不的不同同点：点： （1）一些具有黏着行为的粉体，在土力学中被看作是自由一些具有黏着行为的粉体，在土力学中被看作是自由流动的流动的。因此，因此，必须建立必须建立适用于粉体的测试方法。在这个研究方适用于粉体的测试方法。在这个研究方向向Dawes(1952年年)和和Jenike等（等（1960年）取得了重要进展。年）取得了重要进展。2022-2-1237 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 38绪绪 论论 绪论绪论H.A.Janssen 1919世纪末世纪

31、末德国德国布布来梅市的工程师来梅市的工程师 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 39A.W.Jenike绪绪 论论19391939年年毕业于华沙理工学院的机械工程毕业于华沙理工学院的机械工程专业专业；二战后在英国获得了结构工程博士二战后在英国获得了结构工程博士学位学位 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体力学与土力学的基本方程粉体力学与土力学的基本方程的不的不同同点：点： （2）在大多数情况下，粉体力学的边界条件与土力学是不在大多数情况下，粉

32、体力学的边界条件与土力学是不同的。同的。Jenike（1961年）和年）和Richmond、Gardner（1962年）年）已经得出一些近似解。已经得出一些近似解。 （3）粉体比土力学中常见的物质可经受较大的变形。粉体比土力学中常见的物质可经受较大的变形。Geniev（1958年）已经研究了粉体的运动方程，年）已经研究了粉体的运动方程，Brown（1961年）对自由流动的颗粒提出了能量理论。年）对自由流动的颗粒提出了能量理论。40 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 各行业独立处理各自遇到的粉粒体技术问题各行业独立

33、处理各自遇到的粉粒体技术问题各行业在粉体研究中的共性问题聚集起来各行业在粉体研究中的共性问题聚集起来 粉体工程学粉体工程学操作单元操作单元: : 粉体的储存、输送、混合、分离、制粉、粉体的储存、输送、混合、分离、制粉、造粒、流态化等操作单元造粒、流态化等操作单元（工程、力学、物理、工程、力学、物理、 化学化学材料等材料等）粉体操作单元的设计粉体操作单元的设计 经验或半经验半理论的结果经验或半经验半理论的结果 2022-2-1241 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体工程的研究内容粉体工程的研究内容42粉体力学

34、是粉体工程的理论基础粉体力学是粉体工程的理论基础粉体工程粉体工程材料、冶金、化学工程、矿业、机械、建筑、食品、医药、材料、冶金、化学工程、矿业、机械、建筑、食品、医药、能源、电子、环境工程能源、电子、环境工程按产品类别划分按产品类别划分工业部门工业部门将粉体看成物质的一种将粉体看成物质的一种特殊存在形式特殊存在形式粉体工程学诞生粉体工程学诞生 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体的流动粉体的流动气固两相流气固两相流造粒造粒粉碎粉碎混合混合颗粒分级颗粒分级 粉碎机械力化学粉碎机械力化学 微细粉的燃烧和粉尘爆炸微细

35、粉的燃烧和粉尘爆炸 粉体喂料及计量设备粉体喂料及计量设备 矿物粉体表面改性矿物粉体表面改性 43 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体的流动粉体的流动44 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体的流动粉体的流动 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体的流动粉体的流动 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉

36、体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体的流动粉体的流动47 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体的流动粉体的流动48 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体的流动粉体的流动49 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 气固两相流气固两相流50流态化类液行为示意图流态化类液行为示意图 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学

37、流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 气固两相流气固两相流51 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 混合混合52 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 混合混合53 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 混合混合54 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 混合混合2022-2-125

38、5 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 混合混合2022-2-1256 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 1 1 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 1 1 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 1 1 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学

39、流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 1 1 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 1 1 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 1 1 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 1 1 绪论绪论 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体的基本定义粉体的基本定义2022-2-1264物质三态：气物

40、质三态：气(g)、液、液(l)、固、固(s)因实际生产需要，常以因实际生产需要，常以颗粒（颗粒（particles）形形状存在。状存在。具有一定结构形状和空间尺度、特定材料性具有一定结构形状和空间尺度、特定材料性质的固体单元。质的固体单元。mmnm 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体的基本定义粉体的基本定义米粒米粒大麦大麦米粉米粉面粉面粉磨磨块块粉粉 各个单独的固体颗粒的集合体，我们把各个单独的固体颗粒的集合体，我们把这种集合体称为粉体，是对实物这种集合体称为粉体，是对实物“粉粉”这种物这种物体抽象化的判断。体抽象化的

41、判断。粒粒粉粉2022-2-1265颗粒颗粒粉体粉体 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体的基本定义粉体的基本定义2022-2-1266粉体的固有特性：粉体的固有特性：粉体粉体固体：固体：a. 粉体具有异常发达的比表面积。粉体具有异常发达的比表面积。b. 粉体是松散体，各颗粒间相对位置容易变动。粉体几乎没粉体是松散体，各颗粒间相对位置容易变动。粉体几乎没有刚度，容易变形和倾泻，容易发生颗粒间的相对运动。有刚度，容易变形和倾泻，容易发生颗粒间的相对运动。 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流

42、体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 粉体的基本定义粉体的基本定义2022-2-1267粉体的固有特性：粉体的固有特性：粉体粉体固体：固体：粉体粉体流体：流体：a. 流体具有流动性；粉体颗粒间容易发生相对运动是由于粉流体具有流动性；粉体颗粒间容易发生相对运动是由于粉具有松散性，并不像流体那样具有流动性。具有松散性，并不像流体那样具有流动性。b. 流体是宏观上的连续体，而粉体是各个独立的松散的颗粒流体是宏观上的连续体，而粉体是各个独立的松散的颗粒的集合体，颗粒之间有空隙，空隙中填充着空气和水，所的集合体，颗粒之间有空隙，空隙中填充着空气和水，所以粉体不是连续体，具有显著的不连续性。以粉体不是连续

43、体，具有显著的不连续性。一杯水、一杯粉一杯水、一杯粉料仓中粉的结拱、堵塞，装卸时发生的急冲、泛溢等现象料仓中粉的结拱、堵塞，装卸时发生的急冲、泛溢等现象都是因为粉的不连续性而造成的。都是因为粉的不连续性而造成的。 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 68 粉体学粉体学(micromeritics)(micromeritics)：研究具有各种形状的：研究具有各种形状的粒子集合体性质的科学。粒子集合体性质的科学。液体相似的流动性；液体相似的流动性；气体相似的压缩性；气体相似的压缩性；固体相似的抗变形性；固体相似的抗变形性；多数固

44、体制剂根据不同需要把粒子加工以改善粉体多数固体制剂根据不同需要把粒子加工以改善粉体性质性质粉体的基本定义粉体的基本定义2022-2-1268 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 69粉体的基本定义粉体的基本定义2022-2-1269料仓无论储藏的是水泥或是碎石块，侧压和底压随料仓无论储藏的是水泥或是碎石块，侧压和底压随高度的变化关系都服从于同一规律。设计料仓时，高度的变化关系都服从于同一规律。设计料仓时，碎石块也可以作为粉体来处理碎石块也可以作为粉体来处理粉体颗粒尺寸的上限无明确标明粉体颗粒尺寸的上限无明确标明块体、粒体、粉

45、粒体工程块体、粒体、粉粒体工程 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 颗粒颗粒群群粉体（粉体（powder）组成粉体的最小单元组成粉体的最小单元The minimum elment粉体广泛应用于国民经济各行业，尤其工业生粉体广泛应用于国民经济各行业，尤其工业生产过程中的原料、中间体或者最终产品等。产过程中的原料、中间体或者最终产品等。A bulk of particles粉体的基本定义粉体的基本定义2022-2-1270 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞

46、71单分散粉体单分散粉体多分散粉体多分散粉体 粉体颗粒的大小粉体颗粒的大小粉体物料的粒度粉体物料的粒度粉体颗粒在颗粒群中所占比例粉体颗粒在颗粒群中所占比例粒度分布粒度分布粉体的基本定义粉体的基本定义2022-2-1271 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 72粉体颗粒的种类2022-2-1272是最先形成粉体物料的颗粒称为是最先形成粉体物料的颗粒称为原级颗粒原级颗粒。第一次以。第一次以固态存在的颗粒，又称为固态存在的颗粒，又称为一次颗粒一次颗粒或者或者基本颗粒基本颗粒。 原级颗粒原级颗粒cubicsphereamorpho

47、us虚线虚线微晶连接的晶格层微晶连接的晶格层needle 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 73 聚集体颗粒聚集体颗粒是由许多原级颗粒依靠某种化学力与其表面相连而是由许多原级颗粒依靠某种化学力与其表面相连而堆积起来的。相对与原级颗粒来说是第二次形成的，堆积起来的。相对与原级颗粒来说是第二次形成的，故又称为故又称为二次颗粒二次颗粒。主要在加工制造过程中形成的。主要在加工制造过程中形成的。因表面相互重叠，表面积比原级颗粒表面积和要小。因表面相互重叠，表面积比原级颗粒表面积和要小。粉体颗粒的种类2022-2-1273 粉体力学粉

48、体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 74 凝聚体颗粒凝聚体颗粒在聚集体颗粒之后形成，又称为在聚集体颗粒之后形成，又称为三次颗粒三次颗粒。由原级颗粒、聚集体。由原级颗粒、聚集体颗粒或两者的混合物，通过比较弱的附着力结合在一起的疏松的颗粒或两者的混合物，通过比较弱的附着力结合在一起的疏松的颗粒群。各组成颗粒之间以颗粒群。各组成颗粒之间以棱棱或或角角结合。表面积与组成颗粒的表结合。表面积与组成颗粒的表面积之和大体相等，比聚集体颗粒要大很多。面积之和大体相等，比聚集体颗粒要大很多。粉体颗粒的种类2022-2-1274 粉体力学粉体力学 大连理

49、工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 絮凝体颗粒絮凝体颗粒Definition:粉体在许多实际应用中都需要与液相介质构成一定的分散体粉体在许多实际应用中都需要与液相介质构成一定的分散体系。在这种液固分散体系中，由于颗粒之间的各种物理力，系。在这种液固分散体系中，由于颗粒之间的各种物理力，迫使颗粒松散地结合在一起，所形成的粒子群，称为迫使颗粒松散地结合在一起，所形成的粒子群，称为絮凝体絮凝体颗粒颗粒。很容易被微弱的剪切力所很容易被微弱的剪切力所解絮解絮，也容易在表面活性剂（分散，也容易在表面活性剂（分散剂）的作用下自行分散开来。长期存储的粉体，可以看成是剂）的作用下自行分散开来。长期存储的粉体，可以看成是与大气水分构成的体系，故也有絮凝体产生，形成结构松散与大气水分构成的体系，故也有絮凝体产生，形成结构松散的絮团的絮团料块料块。粉体颗粒的种类2022-2-1275 粉体力学粉体力学 大连理工大学流体与粉体工程研究设计所大连理工大学流体与粉体工程研究设计所 刘凤霞刘凤霞 1 1 绪论绪论 填充 基础静力学 粉体特性测量 流动模型 动力学 数值模拟谢谢 谢！谢！