论文摘要
超声衰减谱法是一种应用范围比较广的粒度表征技术。由于基于此方法的粒度表征装置结构简单，可实现非接触式测量和实时在线监测，并有着无需稀释被测样品的优点，从20世纪九十年代开始得到了大力的发展。目前，随着科学技术的发展和生产工艺的完善，材料科学的研究已进入了纳米时代，在食品、医药、化工、能源等行业中所加工生产的颗粒粒度越来越小，这对过程控制和产品质量提出了更严格的要求，而超声法可实现在线测量、穿透能力强的特点，尤其适合工业实际应用。本研究从理论模型研究出发并结合实验验证证实了超声衰减谱法在纳米颗粒悬浊液和动态浆料的颗粒粒度分布测量中的适用性和可靠性。本文第一章介绍了超声衰减理论在国内外的发展和应用，并指出了本研究所涉及到的相关内容和工作；第二章介绍了超声的物理基础、超声衰减机制、以及基于超声衰减机制建立的三个理论模型，通过对超声衰减机制的分析和比较给出了两个模型的区别和应用范围，最后介绍了实测过程中应用到的反演算法；第三章研究了基于超声衰减谱法对纳米颗粒悬浊液进行粒度表征的实验研究，首先证实了长波区简化模型在纳米颗粒悬浊液粒度表征中的适用性和可靠性，再通过大量的实验研究来分析不同材料、粒度和浓度等因素对测量的影响；第四章主要研究了超声谱法高浓度浆料多参数测量实验台以及利用此实验台所作的实验研究工作，并利用接触式和非接触式测量方法对水煤浆进行了实测；第五章为研究结论和展望。本文研究表明，通过理论计算和实验结果，证实了超声衰减谱法在纳米颗粒悬浊液测量中的理论测量下限可以达到5nm，体积浓度的测量范围为0.5%～10%。其中体积浓度为0.5%的纳米银—水悬浊液的颗粒粒度分布测量结果与透射式电子显微镜以及CPS离心沉降仪（Ankersmid,荷兰）测量结果吻合较好，证明了超声衰减谱法的可靠性；对其他纳米颗粒悬浊液的粒度表征结果显示，当被测样品的体积浓度低于5%时，无需考虑复散射效应，当体积浓度高于5%时则需要考虑，但不论何种情况下都要尽可能防止团聚现象的发生。对高浓度水煤浆颗粒粒度的测量研究表明，利用超声衰减谱法测量高浓度浆料的粒度分布是完全可行的，不仅如此，实验中采用的非接触式测量方法测得的结果与接触式测量结果以及光学显微镜测得结果都吻合较好，说明了非接触式测量方法的可靠性。
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摘要ABSTRACT目录第1章 绪论§1.1 课题的研究背景与意义§1.1.1 纳米颗粒的粒度表征§1.1.2 高浓度浆料中颗粒的粒度表征§1.2 超声衰减谱法粒度表征技术§1.3 超声衰减谱法粒度表征技术的发展§1.3.1 超声衰减理论的发展§1.3.2 国外研究现状§1.3.3 国内研究现状§1.4 本文的主要研究内容§1.4.1 超声衰减谱法的理论研究§1.4.2 纳米颗粒悬浊液的实验研究§1.4.3 高浓度水煤浆中粒度表征的实验研究第2章 超声衰减谱法粒度表征技术的理论基础§2.1 超声物理基础§2.1.1 几点假设§2.1.2 理想流体中的波动方程§2.1.3 固体中的波动方程§2.2 超声衰减理论§2.2.1 ECAH 声衰减理论模型§2.2.2 “长波区”简化模型§2.2.3 复散射理论§2.3 基于超声衰减谱法的粒度反演计算§2.3.1 反演计算§2.3.2 光顺因子的选取与系数矩阵的设计§2.4 本章小结第3章 纳米颗粒粒度表征的实验研究§3.1 纳米颗粒悬浊液验证性实验§3.1.1 超声衰减谱法粒度表征系统§3.1.2 实验材料§3.1.3 测量方法§3.1.4 纳米银悬浊液的数值模拟结果§3.1.5 数据分析及处理§3.1.6 实验结果与讨论§3.2 纳米颗粒的粒度表征§3.2.1 实验材料§3.2.2 测量方法§3.2.3 各种实验样品的数值模拟和实测结果§3.2.4 结论§3.3 本章小结第4章 高浓度水煤浆粒度表征的实验研究§4.1 高浓度浆料多参数测量实验台§4.2 实验方法§4.2.1 非接触式测量段§4.2.2 互相关接触式测量段§4.2.3 实验准备§4.2.4 测量方法§4.3 数据处理与分析§4.3.1 接触式测量超声衰减谱§4.3.2 非接触式测量超声衰减谱§4.4 实验结果与讨论§4.4.1 接触式测量结果§4.4.2 非接触式测量结果§4.4.3 接触式和非接触式测量结果比较§4.4.4 光学显微镜测量结果对比§4.5 本章小结第5章 结论与展望§5.1 结论§5.2 展望在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果一、发表论文二、从事科研项目三、国家标准主要符号表后记参考文献
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