顆粒、顆粒學及其在一些工程領(lǐng)域的應(yīng)用

顆粒、顆粒學及其在一些工程領(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、微米級、毫米級，也可以更大或更小；顆粒可以是有機的（如生物菌等）或無機的。

顆粒學是一門跨學科、跨技術(shù)、跨行業(yè)的綜合性技術(shù)科學。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，所以顆粒學可被看為是一門復雜于一般工程技術(shù)的工程科學。它既與若干基礎(chǔ)科學相毗鄰，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，顆粒參數(shù)計量測試技術(shù)也發(fā)生了質(zhì)的飛躍，半導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)定性，而且也大大地擴展了可測的粒徑范圍；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全運轉(zhuǎn)，被視為“污染顆粒”。廣義地說，顆粒也可以由氣體或液體組成，稱液體顆粒或氣體顆粒。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，可以說物質(zhì)的世界是顆粒的世界。自二十世紀四十年代開始，顆粒學作為一門學科，發(fā)展至今已有五十多年的歷史。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，顆粒技術(shù)作為一門新興的邊緣學科，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可以提高噴嘴的霧化性能而促進其燃燒，提高發(fā)動機效率（如加氣噴嘴等）；過大的氣泡則會導致燃燒惡化甚至熄火；火箭推進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進入系統(tǒng)破壞系統(tǒng)的可靠性、安全性。航空航天飛行器中三態(tài)顆粒污染對飛行可靠性、安全性的影響從六、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。部隊、廠、所合作取得了可喜的成績。

  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。球形固體顆粒可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，粒度量通常是用一定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，粒度量的校準是采用物化性能與被測的顆粒相近的標準粉塵或由它配制的標準樣液。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，并已取得了一定的經(jīng)驗和成績。相信隨著我國高技術(shù)的發(fā)展，通過廠、所、校、部隊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。