颗粒、颗粒学及其在一些工程领域的应用

颗粒、颗粒学及其在一些工程领域的应用

       颗粒是物质经破碎或分裂加工过程（自然的或人工的）所得到的一组或一批在形状、体积线度等物化特性方面具某种共同特征的粒状物群体。它可以以单体存在，但却以其群体特性为科学与应用技术所关注。颗粒形状可以是球状的，也可以是非球状的；颗粒的体积线度可以为纳米级、微米级、毫米级，也可以更大或更小；颗粒可以是有机的（如生物菌等）或无机的。

       颗粒学是一门跨学科、跨技术、跨行业的综合性技术科学。它研究的内容包括颗粒的形成、颗粒的行为与性质和颗粒应用测试技术。由于其横跨范围的广泛性和基础理论的多科性，所以颗粒学可被看为是一门复杂于一般工程技术的工程科学。它既与若干基础科学相毗邻，又与工艺、工程应用技术密切相关。

应该指出，随着光电技术、激光技术的发展，近三十年来，颗粒参数计量测试技术也发生了质的飞跃，半导体激光器取代了传统的白炽灯光源，不仅大大提高了测试灵敏度、稳定性，而且也大大地扩展了可测的粒径范围；也正是因为激光器的出现，才使得颗粒速度与粒径的同时测量成为可能。

      自然界中存在的物质大多是固体颗粒：土壤、砂石、大气与水中的有机与无机颗粒尘埃等等。它们有的造福于人类，有的则为害于人类，威胁着健康和各种机械的安全运转，被视为“污染颗粒”。广义地说，颗粒也可以由气体或液体组成，称液体颗粒或气体颗粒。如燃烧室中喷嘴喷出的雾滴，是气体中的液体颗粒，液压油、燃油中的水滴是液体中的液体颗粒；滑油、液压油、推进剂中的微小气泡和战斗机翻转时油箱中的气泡，是液体中的气体颗粒；在自然界则更是如此，人类环境、宇宙空间，从星际尘埃到足下土地，从天空、山川，到田地、河流，到处皆有颗粒。因此，从宏观上看，可以说物质的世界是颗粒的世界。自二十世纪四十年代开始，颗粒学作为一门学科，发展至今已有五十多年的历史。随着现代科学技术的发展，颗粒技术作为一门新兴的边缘学科，已深入到兵器、航空、航天、航海、化工、冶金、石油、煤炭、电力、轻工、环保、地质、水利、医药、食品、气象、材料以及交通运输等许多领域中。它在这些领域中的应用是十分广泛的。大到宇宙爆炸星球起源的研究，小至分子、原子技术、生物工程的开发利用。

        不同的颗粒粒径，使得颗粒呈现出不同的物化性能，从而有时对夹带它的流动介质功能产生不同程度的利和弊。燃油中适量的微小气泡可以提高喷嘴的雾化性能而促进其燃烧，提高发动机效率（如加气喷嘴等）；过大的气泡则会导致燃烧恶化甚至熄火；火箭推进剂中的固体颗粒会堵塞喷嘴，使发动机工作失常；纳米级微粒则可能使一些物质具有**的物化特性；在液压系统中大的颗粒易于被滤除，而小一些的颗粒则会进入系统破坏系统的可靠性、安全性。航空航天飞行器中三态颗粒污染对飞行可靠性、安全性的影响从六、七十年代开始就已引起了欧美、前苏联等国家的密切注意，近二十年来我国也大大加强了这方面的研究。部队、厂、所合作取得了可喜的成绩。

      对于航空航天领域，燃油、滑油、液压油及火箭推进剂系统中污染颗粒的测量分析应包括粒度测量和颗粒分析。粒度测量问题由于颗粒形状及粒相的三态性，使得它不是一个简单的单个颗粒几何线度测量问题。球形固体颗粒可以在显微镜下测量并溯源到几何量，而球形气、液态颗粒则无法直接用几何测量法来测量；对非球形颗粒来说，无论其等效投影粒径、等效体积粒径、等效质量粒径、等效沉降粒径、等效流阻粒径还是等效光散粒径都不是简单的几何测量问题。由于颗粒是以一个群体的形式存在，粒度量通常是用一定量的颗粒群体的粒径统计分布来表示。其影响因素包括颗粒线度、颗粒形状、颗粒的表面状态、颗粒在测量体中的方位、折射率、密度及其他物理特性等。因此，在通常的工程科研中，粒度量的校准是采用物化性能与被测的颗粒相近的标准粉尘或由它配制的标准样液。为了分析污染颗粒的来源，光有颗粒度测量还不够，还必须对颗粒成分进行分析，近些年来我国在这方面的计量测试研究工作也逐步开展起来，并已取得了一定的经验和成绩。相信随着我国高技术的发展，通过厂、所、校、部队的密切配合和共同努力，和民用领域污染颗粒的计测工作会取得更快的发展。