一、混合模型的由来

通常研究粉体混合都是在一种静态过程中进行的。但是，因各种粉体粒径大小不一、轻重各异、品种繁多而且混合过程是粉体在运动状态下进行的，所以研究粉体混合要考虑粉体运动特征、运动趋势这两个方面。

1、通过观察发现运动粉体的行为规律

经过多年研究，我们观察到在激烈的外力作用下，发生位移、动荡的粉体会呈现出与液体非常相似的运动特征，即像水一样流动、沉浮。

2、混合模型是量化研究粉体混合的基础

因此，通过建立粉体液态化混合模型来解释和分析粉体混合运动，可以使繁杂和困难的研究工作变得清晰和容易起来，并且为量化研究混合中的运动粉体奠定了基础。

二、运动粉体液态化混合模型的建立

1、混合模型建立的外部条件

1）在封闭的容器中存有两种或多种参与混合的粉体；

2）容器中的粉体受到重力和各种机械力作用而产生的各种运动，比如：翻转运动、对流运动、震荡运动、被剪切运动等等；

2、定义

定义：在外力作用下，容器内运动的粉体会发生与液体运动相似的运动现象。因此我们将这个现象定义为：运动粉体液态化混合模型。粉体混合的过程就是运动粉体液态化运动的过程，其中粉体颗粒的个体会因自身特性（重、轻、大、小）在“液体”中表现出下沉、上浮、中间悬浮等等运动趋势。

解释：1）液体特征如向上漂浮、中间悬浮、底部下沉等现象在运动粉体中同样出现。用这些现象来解释粉体混合比较直观、准确、易懂。例如：我们拿一个内装一半粉体的玻璃瓶进行激烈晃动时，可以发现粉体像液体一样流动、漂浮、震荡。

解释：2）模型中液体化的“液体密度”就是所有参加混合的粉体（密度x粒径）的均值。某种粉体与均值越接近，则该粉体就越容易混入主体粉中。

3、粉体在混合模型中的运动特征(如图3-1)

1）粉体运动的动力主要来自自身重力和外部机械力。

2）重粉、大颗粒粉因体重大而下沉，轻粉、细粉因体轻被挤的向上浮动，中等粉震荡悬浮。

3）粉体运动越激烈液态化现象就越明显。

4）粉体流动性越好液态化现象就越明显。

三、运动粉体液态化混合模型的内容

既然是液态化混合模型，其内容必然有液态特征的几个组成部分。比如“液态”的内涵、“液体”的比重、粉体个体的沉浮原因、“液体”的“稀与稠”、只有将这些问题一一分析到位，才能准确地给出混合模型的整体内容。

1、粉体密度在混合模型中的应用

粉体密度是影响混合过程的重要粉体特征之一。根据液态化混合模型的原理，比较重的粉体颗粒容易下沉，比较轻的粉体颗粒容易上浮，如果所有轻粉颗粒都上浮聚集就不易混合均匀。只有密度适中的粉体颗粒能较好的悬浮在主体粉之中进行相互掺和、渗透，达到混合均匀的目的，其中粉体密度适中的含义是指其个体与所有参加混合的粉体的整体密度均值接近。

2、粉体粒径在混合模型中的应用

粉体的平均粒径也是影响混合的重要特征：参与混合的粉体颗粒其粒径越小、粉末越细，混合时越容易上浮到上方。反之粒径越大、粉体颗粒越粗，混合时越容易下沉到底部。

需要注意的是：

1）通常检测的粉体粒径是平均粒径，实际参加混合的同种粉体粒径也是有差异的，若某种粉体粒径大小之比达到数倍时也会出现该粉体的小粒径粉体上飘、大粒径粉体下沉的现象。

2）通常粒径在50目以下的粗粉和1000目以上的细粉就会造成粉体混合工作的明显困难。因此，为了达到混合均匀的目的则需要控制粉体之间的粒径差异。

3、粉体沉浮特征值——粉体密度与粒径的乘积

这个沉浮特征值是我们建立混合模型的关键内容之一。因为一个粉体颗粒在液体中是沉还是浮不是一个因素决定的，是其密度和粒径两个因素共同决定的，因此引入两者的乘积才能准确体现粉体颗粒的上浮或下沉。

乘积越小上浮趋势越大，反之亦然。

1）沉浮特征值定义：特征值=密度*粒径

2）举例解释：现有A粉、B粉混合，计算其沉浮特征值，判断其沉浮性能。

      A粉体：密度a=1.0 、粒径a=28微米

      沉浮特征值a=密度ax粒径a=1.0x28=28

      B粉体：密度b=0.2 、粒径b=150微米

      沉浮特征值b=密度bx粒径b=0.2x150=30

分析：a、单从密度上分析密度a粉重有下沉趋势，密度b粉轻有上浮趋势，密度相差5倍，混合应该有困难。

b、单从粒径上分析粒径a粉细小有上浮趋势，粒径b粉粗大有下沉趋势，粒径相差5.3倍，混合应该有困难。

c、而实际实验结果得出，a、b两粉能够顺利混合均匀。分析原因是，虽然a、b两粉的比重差异大，粒径差异大，但其沉浮特征值（28、30）比较接近，致使混合能够顺利进行。这是因为a粉的比重下沉趋势与粒径上浮趋势相抵消，与b粉相比较综合特征是相对均衡的。

因此，在运动粉体液态化混合模型中采用沉浮特征值来分析判断混合运动是一个更加贴近实际情况的较好方法。

4、“液体”的内涵

液态化混合模型中的液体也是一个关键内容，这个液体就是参与混合的粉体整体，粉体颗粒就是个体。

1）“液体”是粉体的集合

该“液体”是指在封闭容器中参与混合的各种粉体集合。这个集合并不代表某一种粉体，而是对外呈现出一个粉体的整体，有着整体的密度、整体的平均粒径、整体的流动性。

2）“液体”的浮力

“液体”的浮力是由参与混合的全体粉体所决定的，这个浮力就是参与混合多个粉体沉浮特征值的集体均值。

若个体粉体的沉浮特征值小于集体均值，则有上浮趋势，差值越大，上浮趋势越强，反之亦然。不同的粉体集合会有不同的液体浮力，原因是因其基础条件密度、粒径的不同而不同。

5、液体的稀稠由粉体流动性所决定

在运动粉体液态化混合模型中，流动性的好坏决定了液体的“稀或稠”。粉体流动性越好，液体就越“稀”，粉体的混合进程就越快，所需要的混合时间就越短，反之亦然。

1）流动性好的粉体对混合的影响：

正面影响：混合效率高。根据液态化混合模型理论中的“稀稠理论”，液体越稀粉体流动速度越快，粉体相互掺和、渗透效率越高，因此容易达到混合均匀的目的。

负面影响：根据液态化混合模型理论，粉体在混合过程中由于粉体流动性过好，会加强因粉体特性差异化产生新的上浮或下沉现象；且在混合均匀之后，粉体在装卸、输送的震动环境下易产生二次偏析、分层现象，造成新的不均匀。

2）流动性差的粉体对混合的影响：

正面影响：粉体的把持力较强，一旦各种粉体扩散均匀（即混合均匀），则不易产生新的偏析、分层和新的不均匀现象。

负面影响：根据液态化混合模型中的“稀稠理论”，液体越稠粉体在混合过程中由于粉体流动性差，粉体流动速度缓慢会使混合产生困难，降低混合效率，不易达到混合均匀的目的。

在实际工作中，流动性太好或太差的粉体在混合工作中都存在着混合工艺难题。

四、运动粉体液态化模型的应用

混合模型的建立对粉体混合的研究有极为重要的意义，它揭示了粉体混合的运动特征和运动趋势，如果我们采用有针对性的混合设备和混合工艺，就会将粉体混合的均匀度达到很高水平。

1、混合模型指出了混合难点和解决方法

在混合模型中很容易找到不利于粉体均匀混合的现象和原因，比如粉体颗粒的上浮或下沉、液体的“稠或稀”，因此可以找到相应的措施克服这些不利因素。

1）当个体粉体颗粒的沉浮特征值与粉体整体均值差距较大时，粉体颗粒上浮下沉趋势较强，可以采用混合粉体的料桶容器沿水平轴做上下翻转（旋转）运动，从而轻松阻止粉体颗粒的沉浮运动趋势；

2）当参与混合的粉体流动性不好（稠液体），可以采用在混合机的料桶容器中设置运动叶片对粉体内部进行强制剪切，促进粉体颗粒之间的对流扩散和相互掺和，从而克服因粉体（稠）而不易流动的缺点，提高了混合效率。

2、为深入研究粉体混合技术奠定了基础

运动粉体液态化混合模型的建立可将原本复杂的、无序的固态粉体混合工作，归纳出形象的、具有粉体集体特征（如“液体”“液体比重”）的混合模型，另有粉体颗粒的个体在模型中表现出上浮、下沉的运动趋势。

在模型中量化指出：

粉体个体的沉浮特征值=粒径X密度

粉体的整体浮力=粉体沉浮特征值的平均值（还要考虑各个粉体的权重即添加比例等）。

有了这些概念、数据，为进一步研究粉体混合理论奠定了基础，参阅下一章金合混合指数。