同種材料顆粒接觸起電機理實驗與理論研究.pdf

1、顆粒接觸起電是一個普遍的自然現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)已有近三千年的歷史。然而，接觸起電機理，特別是同種材料接觸起電機理尚不明確，包括顆粒接觸面間轉移電荷的種類、電荷轉移驅動力、電荷轉移量以及影響電荷轉移量的關鍵因素等仍不十分明確。因此，使得目前仍無法準確地掌握由于顆粒帶電引起的顆粒系統(tǒng)（如，風沙流系統(tǒng)）輸運特征的改變規(guī)律；另一方面，使得基于電磁波遙感技術的監(jiān)測結果受帶電顆粒系統(tǒng)影響規(guī)律仍不能準確掌握，等等。本博士論文圍繞同種材料顆粒接觸起電機理展開實

2、驗和理論研究，主要工作和結果為：
　　首先，開展了同種材料顆粒流輸運過程中顆粒帶電量的實驗研究。實驗結果發(fā)現(xiàn)，無論是沙粒流還是PMMA球形顆粒流，在輸運過程中顆粒都一定程度的帶電，且顆粒平均帶電量均為負值；帶電量的大小與顆粒粒徑、輸運槽的傾角以及環(huán)境濕度相關；顆粒粒徑越大，顆粒平均帶電量越大，平均面電荷密度越??；相對濕度在20％-80%范圍內時，PMMA球形顆粒帶電量隨相對濕度增加而減小。
　　其次，開展了同種材料的球-板靜

3、壓接觸、球-球靜壓接觸、球-球碰撞接觸以及摩擦帶的實驗研究。實驗結果表明，球-板靜壓、碰撞和摩擦以及球-球碰撞均使得顆粒帶有一定程度的電量，其帶電量的大小與靜壓接觸力以及摩擦過程中壓力和摩擦距離、以及碰撞相對速度正相關；另外，實驗發(fā)現(xiàn)帶電量的大小與顆粒的幾何尺寸以及相對幾何尺寸相關，帶電量的極性與材料有關；通常情況下，幾何尺度大的帶正電、幾何尺度相對較小的帶負電；但是，有的材料卻不同，例如對于PA材料，PA球-板、球-球接觸后，幾何尺度

4、大的帶負電、幾何尺度小的帶正電；無論是球-板靜壓接觸、碰撞接觸還是摩擦接觸以及球-球碰撞接觸，接觸面積差越大則接觸帶電量越大。
　　基于實驗研究結果，發(fā)現(xiàn)，顆粒接觸起電量與尺寸、相對濕度等相關?；谙鄬儾钆c碰撞電面電荷密度正相關關系這一實驗發(fā)現(xiàn)，并考慮接觸面上電荷隨機分布以及兩相平衡中的壓力、溫度、表面吸附能與顆粒表面離子數(shù)的關系，本論文以兩球形顆粒接觸面應變差為電荷轉移驅動力，提出了兩顆粒正碰撞接觸電荷轉移量的數(shù)學模型；該模

5、型表明，兩顆粒碰撞接觸帶電量與顆粒幾何尺寸、相對幾何尺寸、碰撞速度、環(huán)境濕度、溫度以及顆粒材料表面吸附能相關；通過基于該模型的計算發(fā)現(xiàn)：接觸電量隨接觸顆粒粒徑比增大先增大后減小；隨碰撞速度增大而增大；而接觸電量隨溫度和相對濕度的變化規(guī)律受表面吸附能取值的影響，呈現(xiàn)出不同的規(guī)律。
　　最后，論文對上述模型進行了驗證及推廣。通過將實驗所得的同種材質的球-球碰撞帶電量隨顆粒相對尺寸、相對碰撞速度以及環(huán)境相對濕度的變化規(guī)律與上述模型計算結