粉體流動性質分析系統之建立

化學工業、製藥業、水泥業、礦業、冶金業、食品工業及其他相關工業中，最終產品與中間產物往往以粉粒體的形態呈現，因而粉粒體的輸送為工業界常見的單元操作。粉粒體輸送不良時，易發生架橋、渠道，輸送速率振盪等問題，造成嚴重品管問題。不同於液體輸送，粉粒體輸送受到許多因素的影響，包含粒徑分佈、粒子形狀、輸送介質及器壁的物理性質、粒子間作用力等，導致難以預測群體性的粒子輸送現象。「粉體流動性」為這些因素的綜合指標。但粉體流動性或流變特性並沒有如流體般，可用流變儀量測黏度等相關物性。現有粒子流動性大多使用剪力槽(Jenike, 1964)量測壓變曲線來評估其流動函數(flow function)。但是該方法繁複、無法動態量測、且僅提供類定性的流動性描述。Schrämli 亦早於 1967 即指出明顯具有不同流動性質的水泥粉末可有相似的流動函數數值。 本計畫擬動態分析粉體流動性，應用流體化床中氣體與固體間的作用力建立評估粒子流動性的方法，並與現用的粉體流動性量測方法進行系統性的比較。在流體化床的研究中，粒子流體化需由流體拖曳力克服粒子間作用力、重力與浮力的合力。當選定粒子，重力已然決定，因此可扣除浮力後獲得粒子間作用力。由於粒子間作用力或可由床兩端壓力降 versus 氣體流速圖中的 pressure overshoot 現象推得。粒子間作用力與粒子流動性密切相關，可由粒子間作用力間接分析粉體流動性。 本計畫應用粒子流體化時的 overshooting 特性評估粒子間的作用力，間接分析粒子流動性質；並在不同粒子床正向應力下，量測 pressure overshoot 數值，以建立 pressure overshoot – 正向應力壓變曲線，並以莫爾圓分析相關的流動函數，據此與剪力槽所量測的 Jenike 流動函數比較。進一步進行理論分析，以 Revised Ergun equation 與 Lifshitz theory 分別預測床體兩端壓力降與粉體黏滯性。並以粉體等效黏度應用於計算流體力學的連續粉體相，進行高效率的粉體運動計算。

系統編號:PB10308-2729
原計畫編號:MOST103-2221-E182-068