颗粒粒度测量技术及应用

第1章 颗粒基本知识1

1.1 概述1

1.2 颗粒的几何特性2

1.2.1 颗粒的形状2

1.2.2 颗粒的比表面积3

1.2.3 颗粒的密度3

1.3 颗粒粒度及粒度分布4

1.3.1 单个颗粒的粒度4

1.3.2 颗粒群的粒径分布6

1.3.3 颗粒群的平均粒度11

1.4 标准颗粒13

1.5 颗粒测量中的颗粒分散问题16

1.5.1 颗粒分散方法概述17

1.5.2 常见问题讨论18

参考文献19

第2章 光散射基本理论21

2.1 衍射散射基本理论21

2.1.1 惠更斯菲涅耳原理21

2.1.2 巴卑涅原理23

2.1.3 衍射的分类24

2.1.4 夫琅和费单缝衍射25

2.1.5 夫琅和费圆孔衍射26

2.2 光散射基本理论28

2.2.1 光散射概述28

2.2.2 光散射基本知识29

2.2.3 经典Mie光散射理论32

2.3 几何光学对散射的描述49

2.3.1 概述49

2.3.2 计算方法49

2.4 非平面波的散射理论54

2.4.1 广义Mie理论54

2.4.2 基本理论54

2.4.3 波束因子的区域近似计算59

2.4.4 高斯波束入射60

2.4.5 数值结果61

参考文献62

第3章 散射光能颗粒测量技术65

3.1 概述65

3.2 基于衍射理论的激光粒度仪67

3.2.1 衍射散射式激光粒度仪的基本原理67

3.2.2 多元光电探测器各环的光能分布69

3.2.3 衍射散射法的数据处理方法72

3.3 基于Mie散射理论的激光粒度仪76

3.4 影响激光粒度仪测量精度的几个因素79

3.4.1 接收透镜焦距的合理选择79

3.4.2 被测试样的浓度80

3.4.3 被测试样轴向位置的影响82

3.4.4 被测试样折射率的影响84

3.4.5 光电探测器对中不良的影响85

3.4.6 仪器的检验86

3.5 激光粒度仪测量下限的延伸86

3.5.1 倒置傅里叶变换光学系统88

3.5.2 双镜头技术89

3.5.3 双光源技术90

3.5.4 偏振光散射强度差（PIDS)技术90

3.5.5 全方位多角度技术91

3.5.6 国产激光粒度仪的新发展93

3.6 角散射颗粒测量技术96

3.6.1 角散射式颗粒计数器的工作原理97

3.6.2 角散射式颗粒计数器的散射光能与粒径曲线98

3.6.3 角散射式颗粒计数器FD曲线的讨论101

3.6.4 角散射式颗粒计数器的测量区及其定义104

3.6.5 角散射式颗粒计数器的计数效率108

3.6.6 角散射式颗粒计数器的主要技术性能指标109

参考文献112

第4章 透射光能颗粒测量技术115

4.1 消光法115

4.1.1 概述115

4.1.2 消光法测量原理115

4.1.3 消光系数117

4.1.4 消光法的数据处理方法119

4.1.5 颗粒浓度测量126

4.1.6 消光法的粒径测量范围及影响测量精度的因素126

4.1.7 消光法颗粒测量装置和仪器128

4.2 光脉动法颗粒测量技术130

4.2.1 光脉动法的基本原理131

4.2.2 光脉动法的发展现状133

4.3 消光起伏频谱法136

4.3.1 数学模型136

4.3.2 测量方法和测量原理138

4.3.3 消光起伏频谱法的发展现状147

参考文献149

第5章 动态光散射测粒技术的原理和发展概况153

5.1 引言153

5.2 动态光散射测粒技术的原理155

5.2.1 基本概念和基本关系155

5.2.2 粒度测量的一般原理和基本分析157

5.2.3 典型装置和数据分析方法160

5.3 动态光散射测粒技术的发展概况164

5.3.1 动态光散射技术的起源和初步定型164

5.3.2 动态光散射测粒技术的早期发展166

5.3.3 动态光散射测粒技术研究开发的现状和发展趋势166

参考文献167

第6章 超声法颗粒测量技术171

6.1 声和超声171

6.1.1 声和超声的产生171

6.1.2 超声波特征量172

6.2 超声法颗粒测量基本概念176

6.2.1 声衰减和声速测量178

6.2.2 能量损失机理180

6.3 超声法颗粒测量理论182

6.3.1 ECAH理论模型183

6.3.2 ECAH理论模型的拓展和简化193

6.3.3 耦合相模型202

6.3.4 颗粒测量208

6.3.5 基于电声学理论的ZETA电势测量214

6.4 小结215

参考文献215

第7章 纳米颗粒的测量219

7.1 纳米颗粒测量的背景和特点219

7.2 动态光散射纳米颗粒测量220

7.3 可视法纳米颗粒测量223

7.4 超声法纳米颗粒测量225

7.4.1 超声法的特点和装置226

7.4.2 纳米颗粒检测的实例227

7.4.3 超声纳米颗粒检测中注意事项230

参考文献231

第8章 反演算法233

8.1 约束算法233

8.1.1 颗粒粒径求解的一般讨论233

8.1.2 约束算法在光散射颗粒测量中应用234

8.2 非约束算法244

8.2.1 非约束算法的一般讨论244

8.2.2 Chahine算法及其改进247

8.2.3 投影算法249

8.2.4 松弛算法251

8.2.5 Chahine算法和松弛算法计算实例253

参考文献255

第9章 工业应用及在线测量257

9.1 雾化液滴测量257

9.1.1 激光散射法测量258

9.1.2 特大雾化液滴粒度测量260

9.2 乳浊液中液体颗粒大小的测量261

9.3 汽轮机中湿蒸汽测量262

9.4 烟气轮机入口颗粒浓度及粒径的在线测量264

9.5 烟雾连续在线测量266

9.6 图像法测量快速流动颗粒267

9.7 电厂气力输送煤粉粒径、浓度和速度在线测量269

9.8 超细颗粒折射率测量271

9.9 超声测量高浓度水煤浆273

参考文献274

第10章 其他颗粒测量方法275

10.1 电感应法275

10.1.1 电感应法的基本原理275

10.1.2 仪器的配置与使用277

10.1.3 测量误差279

10.1.4 小结283

10.2 显微镜法283

10.2.1 颗粒粒径的定义284

10.2.2 粒径测量285

10.2.3 光学显微镜与电子显微镜288

10.2.4 小结290

10.3 图像分析法291

10.3.1 颗粒图像分析的基本概念和方法291

10.3.2 颗粒图像分析过程和结果表示294

10.3.3 小结297

10.4 沉降法299

10.4.1 颗粒在液体中沉降的Stokes公式300

10.4.2 颗粒达到最终沉降速度所需的时间301

10.4.3 临界直径及测量上限302

10.4.4 布朗运动及测量下限303

10.4.5 Stokes公式的其他影响因素304

10.4.6 测量方法及仪器类型306

10.4.7 沉降天平309

10.4.8 光透沉降法312

10.4.9 离心沉降314

10.4.1 0小结315

参考文献316

附录318

附录一 国内外主要颗粒仪器生产厂商318

附录二 国内外颗粒测量标准319

附录三 国内外标准颗粒主要生产厂商325

附录四 液体的黏度和折射率326

附录五 固体化合物的折射率329

《颗粒粒度测量技术及应用》是作者所在团队多年来科研成果的总结，反映和代表了我国目前颗粒粒度测量技术的水平。内容包括颗粒系统的基本知识、光散射基本理论及基于光散射原理的颗粒测量方法和技术，超声散射的基本原理和基于超声的颗粒测量方法和技术，颗粒测量应用中的一些问题等。书中还收录了颗粒的折射率及物性参数、标准颗粒等颗粒测量中涉及到的参数和资料，对于从事颗粒制备和应用研究的科技人员在进行颗粒粒度测量时具有很好的参考价值。
《颗粒粒度测量技术及应用》适合于从事颗粒材料测量、加工、制造行业的工程技术人员、研究人员、实验人员以及高校师生。