粉體科學(xué)與工程基礎(chǔ)

前言

　　作為一門新興的綜合性學(xué)科，粉體科學(xué)與工程在諸多科學(xué)研究和工程技術(shù)領(lǐng)域的重要性越來越顯現(xiàn)，這也促使我國近十年來在粉體科學(xué)與工程研究、開發(fā)和應(yīng)用方面的快速發(fā)展，使現(xiàn)代粉體加工業(yè)充滿活力。與此對應(yīng)，粉體科學(xué)與工程逐漸成為一個完整學(xué)科體系的輪廓也越來越清晰，不少關(guān)于粉體科學(xué)與工程方面的著作、手冊及教材應(yīng)運而生，令人欣喜?！　》垠w科學(xué)與工程和材料科學(xué)與工程的發(fā)展密切相關(guān)。作者從事材料類專業(yè)的粉體科學(xué)與工程教學(xué)已有二十多年，其中，針對材料科學(xué)與工程類專業(yè)本科生教學(xué)要求，在合理構(gòu)建粉體科學(xué)與工程學(xué)科知識方面作過一些探討。實踐表明，材料類專業(yè)本科生應(yīng)較為系統(tǒng)地掌握“粉體科學(xué)與工程基礎(chǔ)”理論與知識，在此基礎(chǔ)上，可進一步掌握“粉體過程工程”、“粉體表面改性”、“超微粉體與制備”及“粉體物性與工藝實驗”等知識和實驗?zāi)芰?。從而使學(xué)生能根據(jù)材料的性能要求，從粉體科學(xué)的角度，對原材料的粉體顆粒幾何和界面特性進行精確表征和設(shè)計，并從粉體過程工程的角度，正確掌握和合理運用實現(xiàn)顆粒幾何和界面特性設(shè)計要求的工藝及裝備?！　”緯ㄎ挥凇胺垠w科學(xué)與工程基礎(chǔ)”，作為40～50學(xué)時的教材使用。其內(nèi)容的編著與現(xiàn)有的同類書籍有所不同，特點在于以學(xué)生易于理解和掌握的形式，著重介紹粉體科學(xué)與工程的基礎(chǔ)理論與知識，細化普適性原理，淡化非共性細節(jié)，并力圖避免過多引用論文圖表和實驗關(guān)系式等使學(xué)生感覺枯燥和不易掌握的非基礎(chǔ)性內(nèi)容，舍棄了一些偏重技術(shù)應(yīng)用性的介紹。在“導(dǎo)論”中，對粉體的一些重要概念進行了歸類和關(guān)聯(lián)分析，并從粉體集合狀態(tài)的角度，提出了“顆粒密集態(tài)和顆粒離散態(tài)”的概念和定義，并以此為基礎(chǔ)對粉體科學(xué)與工程涉及的各種顆?，F(xiàn)象進行了系統(tǒng)的概括，更明晰地揭示了粉體性狀和行為的內(nèi)在聯(lián)系與規(guī)律。書中力求為一些重要的概念賦予更為嚴謹?shù)亩x。在粉體的流動性、顆粒尺寸與能量的分布狀態(tài)、顆粒的光吸收機理、粉體在液體中的凝聚與分散等方面給出了一些新的解釋及分析和探討。書中各章設(shè)置了一些總結(jié)和導(dǎo)讀性內(nèi)容，并給出了一些思考題，便于教學(xué)中對所學(xué)內(nèi)容的理解和掌握，也便于讀者自學(xué)?！　”緯亲髡呒嗄攴垠w科學(xué)與工程課程教學(xué)經(jīng)驗，并在多個版本教案的基礎(chǔ)上凝練而成，內(nèi)容融會貫通，便于學(xué)生系統(tǒng)知識的構(gòu)建與進一步拓廣?！　∠抻谧髡咚?，雖力求審慎，但疏漏和不足在所難免，懇請師生和讀者批評指正?！　”緯淖珜憙?nèi)容征求了我的同事李洪斌老師的建議，在出版過程中得到了領(lǐng)導(dǎo)、專家和家人的支持，在此一并表示衷心的感謝。

內(nèi)容概要

　　《粉體科學(xué)與工程基礎(chǔ)》以材料類專業(yè)的本科生和研究生為對象，系統(tǒng)地介紹了粉體科學(xué)與工程的基礎(chǔ)知識和基本理論，包括顆粒的幾何特性與表征，密集態(tài)粉體的堆積結(jié)構(gòu)和力學(xué)與流變特性的分析，離散態(tài)顆粒在流體中的運動規(guī)律和沉降速度計算，并對粉體的一些特殊物理現(xiàn)象和表面物理化學(xué)性質(zhì)及機械力化學(xué)效應(yīng)進行了機理性分析，使學(xué)生能根據(jù)材料的性能和設(shè)計要求，從粉體科學(xué)與技術(shù)釣角度，對顆粒的性狀進行表征與控制，對粉體的行為進行規(guī)律性分析，為進一步學(xué)習(xí)“粉體過程工程”、“粉體表面改性”及“超微粉體與制備”等課程內(nèi)容奠定必要的基礎(chǔ)?！　　斗垠w科學(xué)與工程基礎(chǔ)》亦可作為其他與粉體科學(xué)技術(shù)相關(guān)專業(yè)的本科生或研究生教材使用，還可供相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 導(dǎo)論1.1 關(guān)于顆粒的集合狀態(tài)1.2 關(guān)于粉體尺寸的劃分1.3 關(guān)于表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)1.4 關(guān)于本書的內(nèi)容思考題第2章 顆粒的幾何特性與表征2.1 顆粒的大小與分布2.1.1 粒徑和粒度2.1.2 粒度分布2.2 顆粒的形狀2.2.1 形狀系數(shù)2.2.2 形狀指數(shù)2.2.3 顆粒形狀的數(shù)學(xué)分析法2.3 粉體比表面積2.3.1 顆粒的表面性狀2.3.2 粉體比表面積2.3.3 粉體比表面積計算思考題第3章 顆粒的堆積結(jié)構(gòu)與致密堆積3.1 顆粒堆積結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)3.2 顆粒的堆積結(jié)構(gòu)3.2.1 等徑球形顆粒的規(guī)則堆積3.2.2 等徑球形顆粒的隨機堆積3.2.3 異徑球形顆粒的堆積3.3 實際顆粒的堆積3.3.1 非連續(xù)尺寸粒徑的顆粒堆積3.3.2 連續(xù)尺寸粒徑的顆粒堆積3.4 顆粒致密堆積理論與經(jīng)驗3.4.1 Horsfield致密堆積理論3.4.2 Fuller致密堆積曲線3.4.3 Alfred致密堆積方程3.4.4 隔級致密堆積理論3.4.5 致密堆積經(jīng)驗思考題第4章 粉體力學(xué)與流變特性4.1 顆粒接觸點上的作用力與粉體層應(yīng)力4.1.1 顆粒間的內(nèi)聚力4.1.2 固體表面的摩擦力4.1.3 粉體層極限應(yīng)力狀態(tài)4.1.4 粉體層應(yīng)力的莫爾圓分析法4.2 粉體的摩擦角特性4.2.1 內(nèi)摩擦角4.2.2 休止角4.2.3 壁面摩擦角與滑動擦角摩4.2.4 運動摩擦角4.3 粉體的流變特性4.3.1 粉體的屈服軌跡4.3.2 粉體的有效屈服軌跡與有效內(nèi)摩擦角4.3.3 粉體的開放屈服強度4.3.4 粉體的流動函數(shù)4.4 粉體層的壓力分布4.4.1 圓筒形容器粉體層壓力分布4.4.2 倒錐形料斗的粉體層壓力分布4.5 粉體的壓縮4.5.1 壓縮機理4.5.2 壓縮應(yīng)力分布4.5.3 壓縮率與壓縮應(yīng)力之間的變化關(guān)系思考題第5章 顆粒流體力學(xué)5.1 顆粒在流體中的沉降運動5.1.1 顆粒在流體中的運動方程5.1.2 顆粒的運動阻力系數(shù)5.1.3 顆粒沉降速度計算5.1.4 顆粒沉降速度的修正5.2 流體在顆粒固定床層中的透過流動5.2.1 固定床及流動特性5.2.2 透過流動的壓降計算5.3 顆粒在流體中的懸浮運動5.3.1 流化床基本性質(zhì)5.3.2 流化床主要參數(shù)計算思考題第6章 粉體的物理特性6.1 粉體的熱學(xué)性質(zhì)6.1.1 顆粒的能量及熱力學(xué)關(guān)系6.1.2 顆粒的熔點和溶解度6.1.3 顆粒的熱容6.1.4 粉體的傳熱特性6.2 粉體的電學(xué)性質(zhì)6.2.1 顆粒的荷電現(xiàn)象與荷電量6.2.2 顆粒荷電量的測量6.2.3 粉體的電導(dǎo)性6.2.4 粉體的介電常數(shù)6.3 粉體的光學(xué)性質(zhì)6.3.1 光傳播的基本屬性6.3.2 顆粒分散體系中的光散射6.3.3 粉體層表面光的反射6.3.4 顆粒的光吸收6.3.5 光在顆粒分散體系中的衰減6.4 粉體的磁學(xué)性質(zhì)6.4.1 物質(zhì)的磁性6.4.2 顆粒的磁性思考題第7章 粉體的表面物理化學(xué)性質(zhì)7.1 表面現(xiàn)象與表面能7.1.1 表面現(xiàn)象7.1.2 表面能7.1.3 固體表面能的測量7.1.4 顆粒表面活性7.2 粉體表面的吸附特性7.2.1 固體表面吸附現(xiàn)象7.2.2 顆粒對氣體的吸附7.2.3 顆粒在溶液中的吸附7.3 粉體表面的潤濕性7.3.1 固體表面的潤濕與潤濕性判別7.3.2 固體表面的親水性7.3.3 顆粒的潤濕性7.3.4 粉體表面的親水性7.3.5 粉體潤濕性的測量7.4 粉體的凝聚與分散7.4.1 粉體凝聚的類型7.4.2 粉體在空氣中的凝聚與分散7.4.3 粉體在液體中的凝聚與分散思考題第8章 粉體的機械力化學(xué)效應(yīng)8.1 機械力化學(xué)過程的分類8.1.1 按機械力作用形式分類8.1.2 按活化狀態(tài)分類8.1.3 按轉(zhuǎn)化方向和結(jié)果分類8.2 粉碎過程誘發(fā)的機械力化學(xué)效應(yīng)8.2.1 粉碎平衡8.2.2 粉碎誘發(fā)的顆粒晶體結(jié)構(gòu)變化8.2.3 粉碎激發(fā)的粉體其他理化性能變化思考題參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章 導(dǎo)論　　1.4 關(guān)于本書的內(nèi)容　　本書內(nèi)容針對材料類專業(yè)的本科生設(shè)定，使他們通過本書的學(xué)習(xí)，能夠系統(tǒng)地掌握粉體科學(xué)與工程的基礎(chǔ)知識和基本理論，從而能根據(jù)材料的性能和設(shè)計要求，從粉體科學(xué)的角度，對顆粒的性狀進行表征與控制，對粉體的行為進行規(guī)律分析，并為進一步學(xué)習(xí)“粉體過程工程”、“粉體表面改性”及“超微粉體與制備”等課程內(nèi)容奠定必要的基礎(chǔ)?！　”緯诜垠w科學(xué)與工程基礎(chǔ)方面涉及的主要內(nèi)容和解決的問題如下：　?。?）顆粒的幾何特性與表征：給出不規(guī)則顆粒尺寸的度量方法，尺寸不同且相對數(shù)量不等的顆粒群平均尺寸與粒度分布的表征方法，以及顆粒形狀的表征和表面狀態(tài)的量化方法。　?。?）顆粒的堆積結(jié)構(gòu)和致密堆積：分析密集態(tài)粉體顆粒的堆積結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律，給出實現(xiàn)顆粒致密堆積的理論及方法。　?。?）粉體力學(xué)與流變特性：分析密集態(tài)粉體顆粒接觸點上的作用力，給出粉體層應(yīng)力分析方法和密集態(tài)粉體摩擦角的概念，并與粉體層應(yīng)力進行關(guān)聯(lián)分析，提出密集態(tài)粉體流變性能的判定方法和粉體層壓力分布計算方法，分析粉體壓縮時的應(yīng)力與壓縮率之間的關(guān)系。　?。?）顆粒流體力學(xué)：分析離散態(tài)顆粒在流體中的沉降運動規(guī)律，給出各種流態(tài)下的顆粒沉降速度計算方法和實際顆粒的沉降速度修正方法，分析了流體通過顆粒固定床的運動規(guī)律和流速與壓降之間關(guān)系的計算方法，分析顆粒在流體中的懸浮運動規(guī)律，給出流化床主要參數(shù)的計算方法。

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