颗粒级配的研究现状与发展趋势

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颗粒级配的研究现状颗粒级配是一个广泛应用于各行业的综合复杂的问题。对此，国内外都进行过不少的理论探讨和实验。目前确定颗粒级配的理论和方法主要有：（1）基于干涉理论、最紧密堆积理论的几何学方法；（2）基于固体填料密实堆积原理出发导得的多组分混合物料平均空隙率计算；（3）同时考虑了颗粒运动的静态、动态特性的梯度级配模型（梯度级配模型的一个特例便是滚动级配法）；（4）通过经验和多次做试验得出结果的半经验法；（5）与实际生产紧密联系的容重法等。[7]另外，工艺上使用的级配有连续级配（连续级配：指用一套规定筛孔尺寸的标准筛对某一矿质混合料进行筛分析时，所对应的级配曲线顺滑无水平段，具有连续性，相邻粒级的粒料之间有一定的比例关系，这种各粒级颗粒均按一定的质量比例搭配组成的混合物料体系，称为连续级配混合料。）和间断级配（间断级配是把一个（或几个）粒级从连续级配中剔除，而形成了级配间断的混合物料体系，这种混合物料体系所具有的级配称为间断级配，即筛分曲线不顺滑而有水平段）两种方式，间断级配的排列较连续级配更紧密，故以上所提及的五种模型都采用间断级配模型。68400

根据最紧密堆积理论知，颗粒充填容器的顺序为：先用大颗粒充满容器，再将尺寸小于大颗粒的中颗粒充满大颗粒的间隙，再将尺寸小于中颗粒的小颗粒充满余下的间隙，如此反复充填下去，直至间隙趋于零。干涉论的要点为：小颗粒的平均直径，再加上吸附层的厚度，必须小于大颗粒间隙的平均直径。否则，不是充不满间隙，就会导致大颗粒太拥挤，导致装填密度下降。基于这两种理论，建立了简单立方体、体心立方体、最密实立方体、面心立方体四种基本模型，为单一级配颗粒规则排列、双级配和三级配颗粒规则排列提供了理论基础。[8]

多级配物料平均空隙率数学计算模型[9]中，指出双组分球形粒子混合时，小颗粒填满大颗粒空隙，大颗粒所占体积为总体积，此时为最密实堆积；当大颗粒体积超过最密实堆积时，颗粒堆积视为最密实堆积和多余的大颗粒体积两部分组成；当大颗粒体积不足最密实堆积配比时，颗粒堆积视为最密实堆积和多余的小颗粒体积两部分组成。计算多级配物料的平均空隙率时，即使全部颗粒符合级配条件时也不一定能进入第一次颗粒级配系，级配失败的固体颗粒进入第二次级配，甚至第三次及以上次数级论文网

配，混合物料颗粒的平均空隙率可利用加权平均法求得。这种模型给出了多级配模型的计算公式，除了可以应用混料回归设计法、极值有理逼近法求解，也可以结合计算机语言编程实现求解，这是目前相对完善也比较可靠的方法。

滚动级配理论完善了最紧密排列理论和干涉论的不足，因为实际上，流动的颗粒系统包含着两方面的物理特性—运动的加速度即动态特性和单纯的空间堆积即静态特性。最紧密排列理论和干涉论只强调了流动颗粒系统的静态特性，却忽视了动态特性。因而是不完整的理论，梯度颗粒模型的特例之一便是滚动级配法。应用滚动级配法指导复合推进剂配方设计，可满足力学性能和宽广燃速的特定要求，比最紧密排列理论更灵活、机动。此模型还提出了非常具有实际意义的颗粒分级原则和空隙度恒定假设。

然而最新的研究发现梯度颗粒模型的特例之一便是滚动级配法。在高固体含量和高燃速推进剂研究工作中，根据滚动级配法而设计的配方具备良好的可浇铸性，但燃烧可调节范围小。通常中等燃速的配方才应用滚动级配法进行设计，这样设计出来的推进剂燃速可调节范围较窄，所以对更高燃速推进剂的设计滚动级配法便不再适用。滚动级配并没有广泛用于指导生产中大多数配方的调配，但其药浆却具有良好的流动性能，梯度颗粒级配研究发现，这些经典配方均符合梯度颗粒级配的设计原则。梯度颗粒级配模型最终可提高复合推进剂药浆工艺性能的设计水平，通过提高目前复合推进剂配方设计的适用性和可操作性实现。[10]实践操作表明滚动级配法的配方设计方法能够获得较好的流平性，而滚动级配法是梯度颗粒级配中第一层次的级配，也就验证了梯度颗粒级配一个特例便是滚动级配法。