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1、优秀精品课件文档资料,颗粒速度和阻力移液管粒度分析法,球形颗粒在流体中的运动方程：颗粒在无限大静止的流体中，不受干扰的作重力沉降时(自由沉降)，受三个力的作用(球形颗粒)：受力分析,重力Fg 浮力Fb 曳力FD,颗粒在流体中的运动方程,球形颗粒在流体中的运动方程：,重力Fg 浮力Fb 曳力FD,颗粒在流体中的运动方程,当颗粒运动加速度 时，其临界沉降速度ut，即为颗粒的沉降速度:,1-59,1-60,颗粒在流体中的运动方程 P11,球形颗粒的阻力系数Cd,s与颗粒雷诺数Re的数据,颗粒在流体中的运动方程 P11,10-4 Re0.25,2 Re500,500 Re1000,2400,Stoke
2、s region,Allen region,Newton region,？,？,2,200000,？,2,Stokes区 过渡区 牛顿区：,颗粒在流体中的运动方程,1-51,1-52,1-53,1-60,1-61,1-59,颗粒在流体中的运动方程,全区的计算公式有,或,1-541-55,非球形颗粒在流体中的运动方程：非球形颗粒在无限大静止的流体中，不受干扰的作重力沉降：受力分析自由沉降时,重力Fg 浮力Fb 曳力FD,颗粒在流体中的运动方程,非球形颗粒在流体中的运动方程：,重力Fg 浮力Fb 曳力FD,颗粒在流体中的运动方程,1-67,非球形颗粒在流体中的运动方程：,重力Fg 浮力Fb 曳力F
3、D,颗粒在流体中的运动方程,1-67,非球形颗粒在流体中的运动方程：,颗粒在流体中的运动方程,1-68,1-69,颗粒在流体中的运动方程,1-69,颗粒在流体中的运动方程,湍流区非球形颗粒的Stokes形状系数Ktu,湍流区非球形颗粒的阻力系数,1-61,1-45,1-71,颗粒在流体中的运动方程,颗粒在流体中的运动方程,柱状颗粒,片状颗粒,颗粒在流体中的运动方程,1-72,1-73,颗粒在流体中的运动方程,1-45,1-71,1-74,颗粒在流体中的运动方程,1-75,过渡区非球形颗粒的阻力系数,1-76,1-77,1-78,颗粒在流体中的运动方程,1-75,颗粒在流体中的运动方程,+,颗粒
4、在流体中的运动方程,1-79,1-79,式(1-79)可写为,1-80,颗粒在流体中的运动方程,颗粒在流体中的运动方程,颗粒在流体中的运动方程,由于在自由沉降时有,1-81,把式(1-76)、式(1-77)和式(1-81)带入式(1-75)整理得,1-82,非球形颗粒的自由沉降速度,式(1-82)可写为,1-83,式(1-83)是Ret的二次方程，它的解是,1-84,颗粒在流体中的运动方程,1-85,从方程式(1-84)可得颗粒的自由沉降速度,注：此式是颗粒自由沉降速度的一般解，适用于计算球形和非球形颗粒在层流区、过渡区和湍流区的自由沉降速度。,颗粒在流体中的运动方程,1-85,颗粒在流体中的
5、运动方程,1-86,在层流区内的小颗粒有Ar1，式(1-85)可以近似为,f(x)=(1+x)-1,f(x)=(1+x)-1,f(x)=x/2,颗粒在流体中的运动方程,把颗粒的阿基米德数式(1-64)带入上式得到,1-87,颗粒在流体中的运动方程,颗粒在流体中的运动方程,对于在湍流区内的大颗粒有Ar1，式(1-85)近似为,1-88,得到非球形颗粒的Stokes公式,把颗粒的阿基米德数式(1-64)带入上式即可得到湍流区非球形颗粒的Newton公式,1-89,颗粒在流体中的运动方程,移液管粒度分析法,根据Stokes定律，当颗粒的真密度和流体的密度与粘度确定后，不同直径的球形颗粒与其沉降速度是
6、一一对应的。,若颗粒在t时间内，沉降的距离为H，则相应的颗粒直径为：,移液管粒度分析法,t即为移液管粒度分析法中，抽取各粒级颗粒所需对应的抽取时间。需要注意沉降距离H随着沉降液的抽取而减小。,颗粒在移液管中沉降基本原理示意图,H,H0,H1,H2,H3,t=0C=C0(a),t=t1C=C1(b),t=t2C=C2(c),t=t3C=C3(d),移液管粒度分析法,当t=0时，沉降管内各处颗粒浓度是相等的，距液面深度为H0处的悬浊液浓度为C0；,当t=t1时，沉降速度为(H1/t1)的颗粒（粒径为d1)，全部通过H1处的液面，而在H1处的液面上，只有沉降速度(H1/t1)的颗粒(即粒径 d1)，
7、此时，距液面深度为H1处的悬浊液浓度为C1；,(c)当t=t2时，沉降速度为(H2/t2)的颗粒（粒径为d2)，全部通过H2处的液面，而在H2处的液面上，只有沉降速度(H2/t2)的颗粒(即粒径 d2)，此时，距液面深度为H2处的悬浊液浓度为C2；,(d)当t=t3时，沉降速度为(H3/t3)的颗粒（粒径为d3)，全部通过H3处的液面，而在H3处的液面上，只有沉降速度(H3/t3)的颗粒(即粒径 d3)，此时，距液面深度为H3处的悬浊液浓度为C3；,移液管粒度分析法,同理，当t=ti时，沉降速度为(Hi/ti)的颗粒（粒径为di)，全部通过Hi处的液面，而在Hi处的液面上，只有沉降速度(Hi/
8、ti)的颗粒(即粒径 di)，此时，距液面深度为Hi处的悬浊液浓度为Ci。,根据粒度分布关于筛下累积百分数概念，可以得出粒径小于di 的颗粒，其累积百分数Ui：,移液管粒度分析法,沉降管为一直径 5cm，容积为500ml的磨口玻璃管瓶。从下部基线至上部液面标线，刻有20cm刻度线，以便每次抽吸悬浊液后能读出液面下降高度，基线至瓶底不少于 5cm，吸液管内径为 1mm，上方有供吸液和排液用的三通旋塞，以及容积 10ml的吸量管球。,（1）移液管沉降装置 1 套,移液管粒度分析法实验器材,（2）装抽取试样液的30ml称量瓶（带编号）10个；,（3）抽吸液用的50ml注射器，用橡胶软管与吸量管球上口
9、连接；,（4）超声波分散器，用于细颗粒在液体中的分散；,（5）其它器件：干 燥：电热干燥箱，干燥器；精密天平：感量1mg；量 筒：1000ml、100ml，各1个；漏 斗：直径约100mm，1个；吸量管球：10ml，1只；烧 杯：30ml，1个；试剂瓶、洗净瓶：各1个；温度计：0.1刻度，1只；秒 表：1块；玻璃棒：1根。,移液管粒度分析法实验器材,采用移液管法测定粉体粒度分布，虽然操作简单，但要精度高、再现性好的效果，必须仔细操作、熟悉要领。,1.试样的处理 将待测粉体试样在105110的干燥箱内烘干1小时，置于干燥器内冷却，待测量。2.移液管装置的检定（测定数据记录于表1）(1)沉降管有效
10、容积 V 的检定：加水至沉降管标线附近（略少），用温度计测定水温并记录；插入吸液管，并使三通旋塞置于吸液状态，调节水量使水面准确到20cm标线；取出吸液管，将沉降管中的水移至1000ml量筒中，测定体积 V，反复三次取其平均值。,移液管粒度分析法实验步骤,(2)吸量管球容积 Q 的标定（10ml)：加水至沉降管标线附近；插入吸液管，使三通旋塞置于吸液状态，使吸入的水，准确上升至吸量管球上部刻度线，立即关闭三通旋塞；使三通旋塞处于排出位置，用预先称量过的称量瓶，盛取排出的水，用精密天平称量；上述操作重复三次取其平均值，得出吸出水的质量。当水温为t时，其密度为，则吸量管球吸水体积为。(3)吸液一次
11、液面下降高度 h cm 的标定：加水至沉降管标线附近；插入吸液管，使三通旋塞置于吸液状态，调节水量使水面准确到20cm标线；用吸液管连续 n 次抽吸、排液，相应液面下降总高度为 H0 cm，则每次吸液后，液面下降高度 重复三次取其平均值。,移液管粒度分析法实验步骤,3.试样悬浊液的制备（测定数据记录于表2）(1)试样称量 M（克）：悬浊液试样浓度为 1 wt%左右，V=500ml时，M取 5（克）左右（精确到0.1mg），用预先干燥并称量过的称量瓶，称取置于干燥器内的试样。(2)分散介质与分散剂的选择及分散剂配制：采用沉降法测定粒度分布时，须使颗粒充分分散于液体中。无机粉体材料多采用水为分散介
12、质，同时加入分散剂，以减小颗粒间团聚。与水配合使用较多的分散剂为六偏磷酸钠。(3)分散介质的配制及分散剂浓度的检定：用六偏磷酸钠的水溶液作为分散介质时，配制成分散剂浓度约为0.2 wt%的溶液为宜。用吸液管抽取10ml配制好的含有分散剂的分散液体，置于称量瓶中，蒸发干涸称重，得出10ml液体中含分散剂量，即吸液管一次抽吸液体中所含分散剂的质量。,移液管粒度分析法实验步骤,(4)悬浊液的制备及装入方法：取约5ml上述制备好的分散介质，轻轻注入已称量有粉体试样的称量瓶中，充分润湿，必要时，用玻璃棒搅拌均匀。将称量瓶内的试样小心移至烧杯中，并用装有分散液的洗净瓶冲洗称量瓶及玻璃棒，再加入适量分散介质
13、液体。用超声波分散器分散25分钟，使试样完全分散。将烧杯中的悬浊液用漏斗移至沉降管中，附着于杯内和漏斗内的颗粒须用洗净瓶全部冲洗到沉降管中。将吸液管插入沉降管中，使三通旋塞成抽吸状态，并用注射器注入分散介质液体，调节液面至标线（因液面调节只能单方向进行，因此，在逼近标线时须格外仔细）。此时，悬浊液的浓度，即初始浓度为：,移液管粒度分析法实验步骤,4.测定（测定数据记录于表3）(1)一手持沉降管底，另一手执其上部，并以手指堵住通气孔，将沉降管作上下振荡，并时而倾倒振荡，持续23分钟。振荡终了时，迅速反复倾倒。然后置于平台上，按下秒表，作为沉降开始时刻（t=0）。(2)确定抽吸时间 及抽吸悬浊液：
14、其中，直径为 颗粒的沉降高度，-直径为 颗粒沉降 高度所需用时间。每到所确定的时间 后，使三通旋塞成抽吸状态，用注射器连续以均匀速度抽吸到吸量管球上部刻度线，关闭三通旋塞。抽吸10ml所需时间约为1015秒是宜。,移液管粒度分析法实验步骤,(3)将每次抽吸的悬浊液分别排到有编号的称量瓶中。为洗净残留在吸量管球及排水管中的颗粒，可以从三通旋塞排出口逆向吸入少量蒸馏水洗净，洗净液排入同样编号的称量瓶中。(4)试样的干燥和称量 将分别取出的样液置于干燥箱内，烘干（110），然后再置于干燥器内，冷却至常温。分别精确称量称量瓶的质量。则每次抽吸的悬浊液干燥后的粉体试样质量为：-试样烘干后称量瓶质量；-称量瓶空瓶质量；-每次抽吸悬浊液 Q ml 中含分散剂质量。,移液管粒度分析法实验步骤,表1 吸液管检定,实验结果及数据处理,表2 试样及悬浊液物性,实验结果及数据处理,原理计算：(1)悬浊液初始浓度（C0）：(2)第 i 次抽吸的悬浊液浓度（Ci）：(3)粒径为 di 颗粒沉降距离（Hi）：(4)粒径 di 的计算：,实验结果及数据处理,各参数单位：,时间ti若按2:1级数取，则di为 级数,实验结果及数据处理,筛下累积百分数，即粒径小于di 的颗粒，其累积质量百分数Ui：,实验结果及数据处理,表3 测试结果,项 目,抽吸次数,实验结果及数据处理,粒度分布曲线,实验结果及数据处理,
