[发明专利]一种测量颗粒与颗粒碰撞产生静电的装置和方法

说明书

本发明公开了一种测量颗粒与颗粒碰撞产生静电的装置和方法，利用底座、支架、夹箍和圆管滑轨，布置一个倾斜的滑轨；将通式法拉第杯、法拉第杯与静电计相连；滑动颗粒经过滑轨通过通式法拉第杯，测量滑动颗粒的碰撞前带电量；滑动颗粒离开滑轨与悬挂颗粒碰撞，并落入法拉第杯中测出滑动颗粒碰撞后带电量；利用碰撞后带电量减去碰撞前带电量，就可以准确地计算两颗粒碰撞后产生的静电电荷量。本发明可对悬挂颗粒碰撞后产生的静电电荷量进行测量，与滑动颗粒碰撞后产生的静电电荷量相互验证。

技术领域

本发明属于气固两相流固体颗粒物碰撞带电领域，涉及一种测量颗粒与颗粒碰撞产生静电量的技术。

背景技术

颗粒带电是工业生产过程中普遍存在的现象。在颗粒的破碎、筛分、造粒及输送等过程中，由于颗粒与颗粒之间、颗粒与壁面之间的剧烈碰撞和摩擦，颗粒带电现象十分明显。颗粒静电大量积聚，导致团聚和黏壁现象，甚至还会产生静电放电，引起着火、爆炸等严重事故。

颗粒带电问题不仅广泛存在于人们的生产和生活中，自然界中也经常出现由于颗粒与颗粒碰撞而产生静电的现象。例如，在沙尘暴时从地表起跳的沙粒，由于沙粒间接触、碰撞和摩擦，许多沙粒会带上电荷；火山喷发时，火山灰颗粒之间相互接触也常常引起火山灰颗粒带电。即使在遥远的太空，也存在着颗粒静电问题：月球或火星上的沙尘暴会引起宇宙空间的粒子带电量的大小在数量级上要远远大于地球上的颗粒带电量。当这些带电的颗粒粘附在宇航员的太空服上，并带到飞船中，极有可能会影响飞船的飞行安全。

为了更好地探索自然，以及避免和消除颗粒静电带来的危害，对颗粒带电机理的研究迫在眉睫。由于颗粒静电的复杂性，势必要进行过程的分解和简化，单独研究颗粒与颗粒的碰撞带电成为一种行之有效的方法。然而，因缺乏有效的测量装置和测量手段，关于颗粒与颗粒的碰撞带电的测量鲜有报道。

测量颗粒表面的静电量最有效的方法为法拉第杯法。当一个带电颗粒放入内筒中，试样上发出的电力线能够全部进入法拉第内筒。内筒壁面上会感应出电量相等但极性相反的电荷，通过电容储存电荷的功能就能通过静电测量仪对其进行测量。两颗粒碰撞带电的过程分为：接近-碰撞-分离-测量这几个个步骤，想要测量出因为碰撞而产生的静电量存在以下难点：1、接近-碰撞：两个颗粒如何准确碰撞上。通常的做法有：利用导轨引导颗粒滚动或滑动，给颗粒提供一个可预测的运行轨迹与另一个静止的颗粒相撞；或者利用细绳将颗粒悬挂，让颗粒做圆周运动，与另一个颗粒相撞；或者利用重力让颗粒自由落体，与正下方的另一个颗粒相撞；2、碰撞-分离：如何保证两颗粒碰撞-分离过程中滑动颗粒不受其他因素干扰。例如当两个颗粒在滑轨或平板上碰撞分离后，滑动颗粒落入法拉第杯中。其中滑动颗粒在从滑轨上下落，其实包含了滑动颗粒与滑轨的接触-分离过程。这样对两颗粒的碰撞-分离过程带电的研究产生严重干扰。3、分离一测量：碰撞分离后如何保证滑动颗粒准确落入法拉第杯中，而非被测小球不落入法拉第杯中。由动量定理可知，两个不同的颗粒碰撞分离后，都会继续运动，且运动轨迹不可控，所测颗粒可能无法准确落入法拉第杯，而且另一个颗粒也可能落入法拉第杯干扰测量。

现有的关于颗粒与颗粒的碰撞带电的测量方法对上述几个难题的处理大都存在缺陷。而且现有的方法中都没有考虑滑动颗粒碰撞前带电量，认为测得的碰撞后的静电量即为两颗粒碰撞产生的静电量。滑动颗粒静电量不可能完全为零，且两颗粒碰撞产生的静电量的数量级滑动颗粒的碰撞前静电量基本在一个量级。因此，忽略滑动颗粒碰撞前带电量严重影响两颗粒碰撞产生的静电量的测量精度。

因此，发明一种有效的测量装置，排除滑动颗粒碰撞前带电量的影响，准确测量两颗粒碰撞产生的静电量，显得十分必要。

发明内容

技术问题：本发明提供一种能同时测量滑动颗粒的碰撞前带电量和碰撞后带电量，精准度高的测量颗粒与颗粒碰撞产生静电的装置和方法。