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)。顆粒學(xué)在一些工程領(lǐng)域的應(yīng)用它研究的內(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)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)。
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顆粒是物質(zhì)經(jīng)破碎或分裂加工過程(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。顆粒形狀以是球狀的,也以是非球狀的;顆粒的體積線度以為納米級、微米級、毫米級,也以更大或更小;顆粒以是有機的(如生物菌等)或無機的。
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,顆粒參數(shù)計量測試技術(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,不僅大大提高了測試靈敏度、穩(wěn)性,而且也大大地擴展了測的粒徑范圍;也正是因為激光器的出現(xiàn),才使得顆粒速度與粒徑的同時測量成為能。
自然界中存在的物質(zhì)大多是固體顆粒:土壤、砂石、大氣與水中的有機與無機顆粒塵埃等等。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械的安運轉(zhuǎn),被視為“污染顆粒”。廣義地說,顆粒也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)斗機翻轉(zhuǎn)時油箱中的氣泡,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,以說物質(zhì)的是顆粒的。自二十世紀(jì)四十年代開始,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,從而有時對夾帶它的流動介質(zhì)功能產(chǎn)生不同程度的利和弊。燃油中適量的微小氣泡以提高噴嘴的霧化性能而促進(jìn)其燃燒,提高發(fā)動機效率(如加氣噴嘴等);過大的氣泡則會導(dǎo)致燃燒惡化甚至熄火;火箭推進(jìn)劑中的固體顆粒會堵塞噴嘴,使發(fā)動機工作失常;納米級微粒則能使一些物質(zhì)具有特的物化特性;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進(jìn)入系統(tǒng)破壞系統(tǒng)的靠性、安性。航空航天飛行器中三態(tài)顆粒污染對飛行靠性、安性的影響從六、七十年代開始就已引起了歐美、前蘇聯(lián)等國家的密切注意,近二十年來我國也大大加強了這方面的研究。*、廠、所合作取得了喜的成績。
對于航空航天領(lǐng)域,燃油、滑油、液壓油及火箭推進(jìn)劑系統(tǒng)中污染顆粒的測量分析應(yīng)包括粒度測量和顆粒分析。粒度測量問題由于顆粒形狀及粒相的三態(tài)性,使得它不是一個簡單的單個顆粒幾何線度測量問題。球形固體顆粒以在顯微鏡下測量并溯源到幾何量,而球形氣、液態(tài)顆粒則無法直接用幾何測量法來測量;對非球形顆粒來說,無論其等效投影粒徑、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單的幾何測量問題。由于顆粒是以一個群體的形式存在,粒度量通常是用一量的顆粒群體的粒徑統(tǒng)計分布來表示。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源,光有顆粒度測量還不夠,還必須對顆粒成分進(jìn)行分析,近些年來我國在這方面的計量測試研究工作也逐步開展起來,并已取得了一的經(jīng)驗和成績。相信隨著我國高技術(shù)的發(fā)展,通過廠、所、校、*的密切配合和共同努力,和民用領(lǐng)域污染顆粒的計測工作會取得更快的發(fā)展。
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