顆粒粒度測量技術(shù)及應(yīng)用

前言

顆粒（包括固體顆粒、液滴、氣泡）與能源、動力、環(huán)境、機(jī)械、醫(yī)藥、化工、輕工、冶金、材料、食品、集成電路、氣象等行業(yè)密切相關(guān)，也和人們的日常生活密切相關(guān)。據(jù)文獻(xiàn)介紹，70%以上的工業(yè)產(chǎn)品與顆粒有關(guān)，近年來經(jīng)常出現(xiàn)的沙塵暴、冬季大范圍的濃霧等也都與空氣中的顆粒物有關(guān)。顆粒粒徑是顆粒的最重要參數(shù)，許多情況下，顆粒粒徑大小不僅直接影響到產(chǎn)品的性能與質(zhì)量，而且與能源的高效利用、環(huán)境保護(hù)、工藝過程優(yōu)化等都密切相關(guān)。近年來，各種新型顆粒材料，特別是納米顆粒的問世和應(yīng)用，給顆粒粒徑的測量提出了新的更高的要求。從20世紀(jì)80年代以來，科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐飛速發(fā)展的需要極大促進(jìn)了光散射法顆粒測量技術(shù)的飛速發(fā)展，在許多應(yīng)用領(lǐng)域已逐步替代了原來應(yīng)用其他工作原理(如篩分、顯微鏡、沉降、電感應(yīng)等)的顆粒測量儀器，成為占主導(dǎo)地位的顆粒測量方法。特別是近年來激光技術(shù)、光電技術(shù)、微電子技術(shù)、光纖技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等的迅速發(fā)展和應(yīng)用，光散射法易于實現(xiàn)在線測量的突出特點更進(jìn)一步推動了光散射顆粒測量方法的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的基于光散射原理的顆粒測量方法，以及與微流體芯片技術(shù)相結(jié)合等多方法融合的顆粒測量儀器。光散射法顆粒測量技術(shù)的發(fā)展趨勢將會是顆粒測量儀器的微型化和智能無線網(wǎng)絡(luò)化。盡管光散射法顆粒測量技術(shù)有眾多的優(yōu)點，但它的穿透性不強(qiáng)限制了它在高濃度顆粒實時在線測量中的應(yīng)用。超聲具有很強(qiáng)的穿透能力，正好彌補了光散射顆粒測量技術(shù)在這方面的弱點，使得超聲顆粒測量技術(shù)可以用于高濃度顆粒的測量而無需對被測對象進(jìn)行稀釋，這個特點尤其適合在過程中的顆粒實時在線測量。近年來國際上對超聲顆粒測量方法的研究發(fā)展迅速，成為一類新的顆粒測量方法。而圖像法則隨數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，近年來重新崛起，正以嶄新的面貌出現(xiàn)，成為顆粒粒度及形態(tài)測量的一類新方法。

內(nèi)容概要

　　《顆粒粒度測量技術(shù)及應(yīng)用》是作者所在團(tuán)隊多年來科研成果的總結(jié)，反映和代表了我國目前顆粒粒度測量技術(shù)的水平。內(nèi)容包括顆粒系統(tǒng)的基本知識、光散射基本理論及基于光散射原理的顆粒測量方法和技術(shù)，超聲散射的基本原理和基于超聲的顆粒測量方法和技術(shù)，顆粒測量應(yīng)用中的一些問題等。書中還收錄了顆粒的折射率及物性參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)顆粒等顆粒測量中涉及到的參數(shù)和資料，對于從事顆粒制備和應(yīng)用研究的科技人員在進(jìn)行顆粒粒度測量時具有很好的參考價值。　　《顆粒粒度測量技術(shù)及應(yīng)用》適合于從事顆粒材料測量、加工、制造行業(yè)的工程技術(shù)人員、研究人員、實驗人員以及高校師生。

書籍目錄

第1章 顆?；局R11.1 概述11.2 顆粒的幾何特性21.2.1 顆粒的形狀21.2.2 顆粒的比表面積31.2.3 顆粒的密度31.3 顆粒粒度及粒度分布41.3.1 單個顆粒的粒度41.3.2 顆粒群的粒徑分布61.3.3 顆粒群的平均粒度111.4 標(biāo)準(zhǔn)顆粒131.5 顆粒測量中的顆粒分散問題161.5.1 顆粒分散方法概述171.5.2 常見問題討論18參考文獻(xiàn)19第2章 光散射基本理論212.1 衍射散射基本理論212.1.1 惠更斯菲涅耳原理212.1.2 巴卑涅原理232.1.3 衍射的分類242.1.4 夫瑯和費單縫衍射252.1.5 夫瑯和費圓孔衍射262.2 光散射基本理論282.2.1 光散射概述282.2.2 光散射基本知識292.2.3 經(jīng)典Mie光散射理論322.3 幾何光學(xué)對散射的描述492.3.1 概述492.3.2 計算方法492.4 非平面波的散射理論542.4.1 廣義Mie理論542.4.2 基本理論542.4.3 波束因子的區(qū)域近似計算592.4.4 高斯波束入射602.4.5 數(shù)值結(jié)果61參考文獻(xiàn)62第3章 散射光能顆粒測量技術(shù)653.1 概述653.2 基于衍射理論的激光粒度儀673.2.1 衍射散射式激光粒度儀的基本原理673.2.2 多元光電探測器各環(huán)的光能分布693.2.3 衍射散射法的數(shù)據(jù)處理方法723.3 基于Mie散射理論的激光粒度儀763.4 影響激光粒度儀測量精度的幾個因素793.4.1 接收透鏡焦距的合理選擇793.4.2 被測試樣的濃度803.4.3 被測試樣軸向位置的影響823.4.4 被測試樣折射率的影響843.4.5 光電探測器對中不良的影響853.4.6 儀器的檢驗863.5 激光粒度儀測量下限的延伸863.5.1 倒置傅里葉變換光學(xué)系統(tǒng)883.5.2 雙鏡頭技術(shù)893.5.3 雙光源技術(shù)903.5.4 偏振光散射強(qiáng)度差(PIDS)技術(shù)903.5.5 全方位多角度技術(shù)913.5.6 國產(chǎn)激光粒度儀的新發(fā)展933.6 角散射顆粒測量技術(shù)963.6.1 角散射式顆粒計數(shù)器的工作原理973.6.2 角散射式顆粒計數(shù)器的散射光能與粒徑曲線983.6.3 角散射式顆粒計數(shù)器FD曲線的討論1013.6.4 角散射式顆粒計數(shù)器的測量區(qū)及其定義1043.6.5 角散射式顆粒計數(shù)器的計數(shù)效率1083.6.6 角散射式顆粒計數(shù)器的主要技術(shù)性能指標(biāo)109參考文獻(xiàn)112第4章 透射光能顆粒測量技術(shù)1154.1 消光法1154.1.1 概述1154.1.2 消光法測量原理1154.1.3 消光系數(shù)1174.1.4 消光法的數(shù)據(jù)處理方法1194.1.5 顆粒濃度測量1264.1.6 消光法的粒徑測量范圍及影響測量精度的因素1264.1.7 消光法顆粒測量裝置和儀器1284.2 光脈動法顆粒測量技術(shù)1304.2.1 光脈動法的基本原理1314.2.2 光脈動法的發(fā)展現(xiàn)狀1334.3 消光起伏頻譜法1364.3.1 數(shù)學(xué)模型1364.3.2 測量方法和測量原理1384.3.3 消光起伏頻譜法的發(fā)展現(xiàn)狀147參考文獻(xiàn)149第5章 動態(tài)光散射測粒技術(shù)的原理和發(fā)展概況1535.1 引言1535.2 動態(tài)光散射測粒技術(shù)的原理1555.2.1 基本概念和基本關(guān)系1555.2.2 粒度測量的一般原理和基本分析1575.2.3 典型裝置和數(shù)據(jù)分析方法1605.3 動態(tài)光散射測粒技術(shù)的發(fā)展概況1645.3.1 動態(tài)光散射技術(shù)的起源和初步定型1645.3.2 動態(tài)光散射測粒技術(shù)的早期發(fā)展1665.3.3 動態(tài)光散射測粒技術(shù)研究開發(fā)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢166參考文獻(xiàn)167第6章 超聲法顆粒測量技術(shù)1716.1 聲和超聲1716.1.1 聲和超聲的產(chǎn)生1716.1.2 超聲波特征量1726.2 超聲法顆粒測量基本概念1766.2.1 聲衰減和聲速測量1786.2.2 能量損失機(jī)理1806.3 超聲法顆粒測量理論1826.3.1 ECAH理論模型1836.3.2 ECAH理論模型的拓展和簡化1936.3.3 耦合相模型2026.3.4 顆粒測量2086.3.5 基于電聲學(xué)理論的ZETA電勢測量2146.4 小結(jié)215參考文獻(xiàn)215第7章 納米顆粒的測量2197.1 納米顆粒測量的背景和特點2197.2 動態(tài)光散射納米顆粒測量2207.3 可視法納米顆粒測量2237.4 超聲法納米顆粒測量2257.4.1 超聲法的特點和裝置2267.4.2 納米顆粒檢測的實例2277.4.3 超聲納米顆粒檢測中注意事項230參考文獻(xiàn)231第8章 反演算法2338.1 約束算法2338.1.1 顆粒粒徑求解的一般討論2338.1.2 約束算法在光散射顆粒測量中應(yīng)用2348.2 非約束算法2448.2.1 非約束算法的一般討論2448.2.2 Chahine算法及其改進(jìn)2478.2.3 投影算法2498.2.4 松弛算法2518.2.5 Chahine算法和松弛算法計算實例253參考文獻(xiàn)255第9章 工業(yè)應(yīng)用及在線測量2579.1 霧化液滴測量2579.1.1 激光散射法測量2589.1.2 特大霧化液滴粒度測量2609.2 乳濁液中液體顆粒大小的測量2619.3 汽輪機(jī)中濕蒸汽測量2629.4 煙氣輪機(jī)入口顆粒濃度及粒徑的在線測量2649.5 煙霧連續(xù)在線測量2669.6 圖像法測量快速流動顆粒2679.7 電廠氣力輸送煤粉粒徑、濃度和速度在線測量2699.8 超細(xì)顆粒折射率測量2719.9 超聲測量高濃度水煤漿273參考文獻(xiàn)274第10章 其他顆粒測量方法27510.1 電感應(yīng)法27510.1.1 電感應(yīng)法的基本原理27510.1.2 儀器的配置與使用27710.1.3 測量誤差27910.1.4 小結(jié)28310.2 顯微鏡法28310.2.1 顆粒粒徑的定義28410.2.2 粒徑測量28510.2.3 光學(xué)顯微鏡與電子顯微鏡28810.2.4 小結(jié)29010.3 圖像分析法29110.3.1 顆粒圖像分析的基本概念和方法29110.3.2 顆粒圖像分析過程和結(jié)果表示29410.3.3 小結(jié)29710.4 沉降法29910.4.1 顆粒在液體中沉降的Stokes公式30010.4.2 顆粒達(dá)到最終沉降速度所需的時間30110.4.3 臨界直徑及測量上限30210.4.4 布朗運動及測量下限30310.4.5 Stokes公式的其他影響因素30410.4.6 測量方法及儀器類型30610.4.7 沉降天平30910.4.8 光透沉降法31210.4.9 離心沉降31410.4.1 0小結(jié)315參考文獻(xiàn)316附錄318附錄一 國內(nèi)外主要顆粒儀器生產(chǎn)廠商318附錄二 國內(nèi)外顆粒測量標(biāo)準(zhǔn)319附錄三 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)顆粒主要生產(chǎn)廠商325附錄四 液體的黏度和折射率326附錄五 固體化合物的折射率329

章節(jié)摘錄

插圖：光散射是指光線通過不均勻的介質(zhì)而偏離其原來的傳播方向并散開到所有方向的現(xiàn)象。眾所周知，在均勻介質(zhì)中，光線將沿原有的方向傳播而不發(fā)生散射現(xiàn)象。當(dāng)光線從一個均勻介質(zhì)進(jìn)入另一均勻介質(zhì)時，根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，它只能沿著折射光線的方向傳播，這是由于均勻介質(zhì)中偶極子發(fā)出的次波具有與入射光相同的頻率，并且偶極子發(fā)出的次波間有一定的位相關(guān)系，它們是相干的，在非折射光的所有方向上相互抵消，所以只發(fā)生折射而不發(fā)生散射。反射和折射規(guī)律由Snell定律描述，而反射光和折射光與入射光的強(qiáng)度關(guān)系則由Fresnel公式給出。如果在均勻介質(zhì)中摻人一些大小為波長數(shù)量級且雜亂分布的顆粒物質(zhì)，它們的折射率與周圍均勻介質(zhì)的折射率不同，譬如膠體溶液、懸乳液、乳狀物等，原來均勻介質(zhì)的光學(xué)均勻性遭到破壞，次波干涉的均勻性也受到破壞。這種含有不均勻無規(guī)則分布的顆粒物質(zhì)的介質(zhì)引起了光的散射，稱為亭達(dá)爾散射（Tygdall，又稱丁達(dá)爾散射或丁鐸爾散射）。在本書以下即將討論的光散射法測量顆粒時，均產(chǎn)生光的亭達(dá)爾散射。這時，散射光的強(qiáng)度分布及偏振規(guī)律與散射顆粒的大小、顆粒相對周圍介質(zhì)的折射率有關(guān)。

編輯推薦

《顆粒粒度測量技術(shù)及應(yīng)用》由國家科學(xué)技術(shù)著作出版基金資助出版。本書是該書是我國全面系統(tǒng)論述顆粒粒徑的光散射、超聲波測量原理其應(yīng)用的著作，本書是“863”重大科技項目、國家自然科學(xué)基金項目等多項顆粒與兩相流測量課題研究成果的結(jié)晶，是蔡小舒教授研究團(tuán)隊20多年對顆粒粒度測量中的光散射理論、超聲波傳播理論等關(guān)鍵問題進(jìn)行研究，取得一系列創(chuàng)新性成果后經(jīng)整理、提煉、編著而成。本書的撰寫始終圍繞各種顆粒粒度的測量方法、技術(shù)、儀器和應(yīng)用實踐。其中，又以目前應(yīng)用范圍最為廣泛、技術(shù)最為先進(jìn)的光散射顆粒粒度測量方法作為核心內(nèi)容。本書的一個鮮明的特點就是將該領(lǐng)域的科學(xué)研究和實際應(yīng)用進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，使得該書不僅僅作為一般工程人員的參考書，同時還適合于教學(xué)和科學(xué)研究參考之用。

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