顆粒、顆粒學(xué)及其在一些工程領(lǐng)域的應(yīng)用

顆粒、顆粒學(xué)及其在一些工程領(lǐng)域的應(yīng)用 

顆粒是物質(zhì)經(jīng)破碎或分裂加工過(guò)程（自然的或人工的）所得到的一組或一批在形狀、體積線度等物化特性方面具某種共同特征的粒狀物群體。它可以以單體存在，但卻以其群體特性為科學(xué)與應(yīng)用技術(shù)所關(guān)注。顆粒形狀可以是球狀的，也可以是非球狀的；顆粒的體積線度可以為納米級(jí)、微米級(jí)、毫米級(jí)，也可以更大或更小；顆?？梢允怯袡C(jī)的（如生物菌等）或無(wú)機(jī)的。

顆粒學(xué)是一門跨學(xué)科、跨技術(shù)、跨行業(yè)的綜合性技術(shù)科學(xué)。它研究的內(nèi)容包括顆粒的形成、顆粒的行為與性質(zhì)和顆粒應(yīng)用測(cè)試技術(shù)。由于其橫跨范圍的廣泛性和基礎(chǔ)理論的多科性，所以顆粒學(xué)可被看為是一門復(fù)雜于一般工程技術(shù)的工程科學(xué)。它既與若干基礎(chǔ)科學(xué)相毗鄰，又與工藝、工程應(yīng)用技術(shù)密切相關(guān)。

應(yīng)該指出，隨著光電技術(shù)、激光技術(shù)的發(fā)展，近三十年來(lái)，顆粒參數(shù)計(jì)量測(cè)試技術(shù)也發(fā)生了質(zhì)的飛躍，半導(dǎo)體激光器取代了傳統(tǒng)的白熾燈光源，不僅大大提高了測(cè)試靈敏度、穩(wěn)定性，而且也大大地?cái)U(kuò)展了可測(cè)的粒徑范圍；也正是因?yàn)榧す馄鞯某霈F(xiàn)，才使得顆粒速度與粒徑的同時(shí)測(cè)量成為可能。

自然界中存在的物質(zhì)大多是固體顆粒：土壤、砂石、大氣與水中的有機(jī)與無(wú)機(jī)顆粒塵埃等等。它們有的造福于人類，有的則為害于人類，威脅著健康和各種機(jī)械的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，被視為“污染顆粒”。廣義地說(shuō)，顆粒也可以由氣體或液體組成，稱液體顆?；驓怏w顆粒。如燃燒室中噴嘴噴出的霧滴，是氣體中的液體顆粒，液壓油、燃油中的水滴是液體中的液體顆粒；滑油、液壓油、推進(jìn)劑中的微小氣泡和戰(zhàn)斗機(jī)翻轉(zhuǎn)時(shí)油箱中的氣泡，是液體中的氣體顆粒；在自然界則更是如此，人類環(huán)境、宇宙空間，從星際塵埃到足下土地，從天空、山川，到田地、河流，到處皆有顆粒。因此，從宏觀上看，可以說(shuō)物質(zhì)的世界是顆粒的世界。自二十世紀(jì)四十年代開(kāi)始，顆粒學(xué)作為一門學(xué)科，發(fā)展至今已有五十多年的歷史。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，顆粒技術(shù)作為一門新興的邊緣學(xué)科，已深入到兵器、航空、航天、航海、化工、冶金、石油、煤炭、電力、輕工、環(huán)保、地質(zhì)、水利、醫(yī)藥、食品、氣象、材料以及交通運(yùn)輸?shù)仍S多領(lǐng)域中。它在這些領(lǐng)域中的應(yīng)用是十分廣泛的。大到宇宙爆炸星球起源的研究，小至分子、原子技術(shù)、生物工程的開(kāi)發(fā)利用。

不同的顆粒粒徑，使得顆粒呈現(xiàn)出不同的物化性能，從而有時(shí)對(duì)夾帶它的流動(dòng)介質(zhì)功能產(chǎn)生不同程度的利和弊。燃油中適量的微小氣泡可以提高噴嘴的霧化性能而促進(jìn)其燃燒，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率（如加氣噴嘴等）；過(guò)大的氣泡則會(huì)導(dǎo)致燃燒惡化甚至熄火；火箭推進(jìn)劑中的固體顆粒會(huì)堵塞噴嘴，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作失常；納米級(jí)微粒則可能使一些物質(zhì)具有**的物化特性；在液壓系統(tǒng)中大的顆粒易于被濾除，而小一些的顆粒則會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)破壞系統(tǒng)的可靠性、安全性。航空航天飛行器中三態(tài)顆粒污染對(duì)飛行可靠性、安全性的影響從六、七十年代開(kāi)始就已引起了歐美、前蘇聯(lián)等國(guó)家的密切注意，近二十年來(lái)我國(guó)也大大加強(qiáng)了這方面的研究。部隊(duì)、廠、所合作取得了可喜的成績(jī)。

  對(duì)于航空航天領(lǐng)域，燃油、滑油、液壓油及火箭推進(jìn)劑系統(tǒng)中污染顆粒的測(cè)量分析應(yīng)包括粒度測(cè)量和顆粒分析。粒度測(cè)量問(wèn)題由于顆粒形狀及粒相的三態(tài)性，使得它不是一個(gè)簡(jiǎn)單的單個(gè)顆粒幾何線度測(cè)量問(wèn)題。球形固體顆?？梢栽陲@微鏡下測(cè)量并溯源到幾何量，而球形氣、液態(tài)顆粒則無(wú)法直接用幾何測(cè)量法來(lái)測(cè)量；對(duì)非球形顆粒來(lái)說(shuō)，無(wú)論其等效投影粒徑、等效體積粒徑、等效質(zhì)量粒徑、等效沉降粒徑、等效流阻粒徑還是等效光散粒徑都不是簡(jiǎn)單的幾何測(cè)量問(wèn)題。由于顆粒是以一個(gè)群體的形式存在，粒度量通常是用一定量的顆粒群體的粒徑統(tǒng)計(jì)分布來(lái)表示。其影響因素包括顆粒線度、顆粒形狀、顆粒的表面狀態(tài)、顆粒在測(cè)量體中的方位、折射率、密度及其他物理特性等。因此，在通常的工程科研中，粒度量的校準(zhǔn)是采用物化性能與被測(cè)的顆粒相近的標(biāo)準(zhǔn)粉塵或由它配制的標(biāo)準(zhǔn)樣液。為了分析污染顆粒的來(lái)源，光有顆粒度測(cè)量還不夠，還必須對(duì)顆粒成分進(jìn)行分析，近些年來(lái)我國(guó)在這方面的計(jì)量測(cè)試研究工作也逐步開(kāi)展起來(lái)，并已取得了一定的經(jīng)驗(yàn)和成績(jī)。相信隨著我國(guó)高技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)廠、所、校、部隊(duì)的密切配合和共同努力，和民用領(lǐng)域污染顆粒的計(jì)測(cè)工作會(huì)取得更快的發(fā)展。