沉降法粒度测试原理——Stokes定律
stokes定律
斯托克斯定律(Stokes Law，1845)是指与粘滞力相比，惯性力可以忽略的情况下斯托克斯导出的阻力表达式。
因为气溶胶粒子小、运动速度低，大部分气溶胶粒子的运动属于低雷诺数区，所以斯托克斯阻力定律广泛用于气溶胶研究。
与牛顿阻力定律相对应，经常把斯托克斯阻力定律可以应用的区间称为“斯托克斯区”，把能应用斯托克斯定律得粒子称为“斯托克斯粒子”。
斯托克斯定律对研究大气质点的沉降以及大气颗粒物（气溶胶）采样器的设计都是很有用的。
土的颗粒分析方法概论
移液管法
移液管法
④ 旋转三通阀，使吸球与放液口相通，将多余的悬液从放液口流出，收 集后倒入原悬液中。 ⑤ 将移液管下口放置在烧杯内，旋转三通阀，使吸球与移液管相通，用 吸球将悬液挤入烧杯中，从上口倒入少量纯水，旋转二通阀，使上下口 连通，水则通过移液管将悬液洗入烧杯中。 ⑥ 使烧杯内的悬液蒸干，在106~110℃温度下烘至恒量，称烧杯内试样 的质量，准确至0.001g。 ⑦ 按下式计算小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比
Hale Waihona Puke 密度计法与移液管法的比较密度计法与移液管法的不同点
密度计法与移液管法的不同点在于对试样的用量上的不同。用密度 计法进行检测时，规定试样要采用风干的试样30g；用移液管法进行检测 时，规定试样要采用风干的试样10~20g；另外两种方法在检测的主要设 备上也有所不同。(表1为密度计法与移液管法的比较)
密度计法与移液管法的比较
密度计法与移液管法对比的结论
密度计法相对于移液管法而言:试验的前期准备较为简单，整个试验 的过程也较为简单便于操作。但是在实际的操作过程中容易造成误差， 因此可能会影响检测的最终结果。
移液管法相对于密度计法而言:试验的前期准备工作较为复杂，整个 试验的操作过程也过于繁琐，对操作人员的技术要求也相对较高，但是 移液管法的测试精度比密度计法要高，测试的结果也更加准确，因此在 检测自然上颗粒粒径小于0.075mm的土的颗分试验时应该采用移液管法 。(表2为两种试验的对比)
沉降分析测定悬液密度的方法有两种，即密度计 法（比重计法）和移液管法。依据相关标准，这 两种方法测定土试样的粒径均小于0.075mm。下 面是两种方法的具体试验步骤。
密度计法（比重计法）
试验仪器与用具
（1）密度计：
激光粒度测试的三大定律
激光粒度测试的三大定律一、沉降法的粒度测试原理--Stokes定律：沉降法就是通过测量颗粒物在液体中的沉降速度来反映粉体粒度分布的一种方法。
我们知道，在液体中大颗粒的沉降速度会快，小颗粒的沉降速度会慢。
沉降速度跟粒径的数量关系我们可以从Stokes定律的数学表达式得到：在Stokes定律中我们可以看到，颗粒的沉降速度跟粒长的平方成正比，可见在重力的沉降中颗粒越细沉降速度就会越慢。
比如在相同条件下的时候，两个粒径比会为10：1，那么这两个颗粒的沉降速度之比为100:1。
为了加快细颗粒的沉降速度，缩短测试时间，提高测试精度，许多沉降仪引入了离心沉降手段来加快细颗粒的沉降速度。
二、沉降法粒度测试原理--比尔定律：从Stokes定律可知，只要测到颗粒的沉降速度，就可以得到该颗粒的粒径了。
在实际测量过程中，直接测量颗粒沉降速度是很困难的，因此在沉降法粒度测试过程中，常常用透过悬浮液的光强的变化率来间接地反映颗粒的沉降速度。
那么，光强的变化率与粒径之间的关系是怎样的呢?比尔定律给出了某时刻的光强与粒径之间的数量关系。
这样我们就可以通过测试某时刻的光强来得到光强的变化率，再通过计算机的处理就可以得到粒度分布了三、激光粒度测试原理：由激光器发出的激光束，经滤波、扩束、准值后变成一束平行光，在该平行光束没有照射到颗粒的情况下，光束经过富氏透镜后将汇聚到焦点上。
当通过某种特定的方式把颗粒均匀地放置到平行光束中时，激光将发生衍射和散射现象，一部分光将与光轴成一定的角度向外扩散。
理论与实践都证明，大颗粒引发的散射光的散射角小，颗粒越小，散射光的散射角越大。
这些不同角度的散射光通过富氏透镜后将在焦平面上将形成一系列的光环，由这些光环组成的明暗交替的光斑称为Airy斑。
Airy中包含着丰富的粒度信息。
简单地理解就是半径大的光环对应着较小的粒径的颗粒，半径小的光环对应着较大粒径的颗粒;不同半径上光环的光能大小包含该粒径颗粒的含量信息。
马尔文粒度仪原理
马尔文粒度仪原理马尔文粒度仪是一种用于测量颗粒物料粒度大小的仪器。
它利用颗粒物料在一定条件下的沉降速度与物料的粒径大小之间的关系，通过对沉降速度的测量来确定颗粒物料的粒度分布。
马尔文粒度仪的原理基于斯托克斯定律，该定律描述了一种理想情况下的颗粒物料在某一流体介质中的沉降速度与颗粒粒径的关系。
根据斯托克斯定律，颗粒在流体中的沉降速度与颗粒粒径的平方成正比，颗粒的形状和密度也会影响沉降速度。
马尔文粒度仪由沉降管、光电定位装置和颗粒物料供给系统组成。
首先，将颗粒物料以适当浓度悬浮在粒径较小的液相介质中，并通过颗粒物料供给系统将悬浮液注入沉降管中。
然后，打开光电定位装置，使其照射到沉降管上的标记线上。
标记线是一组互相平行并呈等间距的黑线，用于测量颗粒物料的沉降速度。
当悬浮液在沉降管中静置一段时间后，颗粒物料会开始自上而下地沉降。
在沉降过程中，光电定位装置会不断检测标记线上行过的颗粒数量，并根据沉降时间和颗粒数量的关系计算颗粒物料的沉降速度。
根据斯托克斯定律，可以通过沉降速度计算出颗粒物料的粒径大小。
具体而言，马尔文粒度仪会测量悬浮液中颗粒物料从上一标记线沉降至下一标记线所需要的时间间隔。
通过这些时间间隔的测量数据，可以计算出颗粒物料的沉降速度。
利用标记线的间距和测得的沉降速度，可以通过斯托克斯定律计算出颗粒物料的粒径大小。
通常情况下，马尔文粒度仪会测量多个标记线的下沉时间，并取平均值以增加测量的准确性。
为了保证测量的准确性，马尔文粒度仪在使用过程中需要注意以下几个因素。
首先，液相介质的选择要适当，通常选择的是密度与颗粒物料接近的液体。
其次，颗粒物料的浓度要适宜，过高或过低的浓度都会影响测量结果。
此外，沉降管的长度和直径也会对测量结果产生影响，应根据样品的特性和所需粒度范围选择适当的沉降管。
总结而言，马尔文粒度仪通过测量颗粒物料在一定条件下的沉降速度，利用斯托克斯定律计算出颗粒物料的粒径大小。
这种原理简单但准确可靠，已被广泛应用于实验室和工业生产中对颗粒物料粒度大小的测量。
费氏粒度仪工作原理(一)
费氏粒度仪工作原理(一)费氏粒度仪工作原理仪器简介费氏粒度仪是一种用来测量颗粒粒度分布的实验仪器。
粒度分布是描述颗粒物料中不同粒径颗粒所占比例的大小关系。
费氏粒度仪通过测量颗粒在流体中的沉降速度，从而反推颗粒的粒径大小。
测量原理费氏粒度仪的测量原理基于斯托克斯定律，即颗粒在流体中的沉降速度与颗粒的粒径呈正相关关系。
斯托克斯定律的表达式如下：v=2g9ηr2(ρp−ρf)其中，$ v $ 表示颗粒的沉降速度，$ g $ 表示重力加速度，$ $ 表示流体的动力粘度，$ r $ 表示颗粒的半径，$ _p $ 表示颗粒的密度，$ _f $ 表示流体的密度。
仪器构成费氏粒度仪由测量管、光电传感器、控制系统和显示器等组成。
测量管测量管是费氏粒度仪中最重要的组成部分。
它通常是一个长而细的玻璃管，一端开放，另一端与流体系统连接。
测量管内通常填充了透明的流体介质。
光电传感器光电传感器用于感知颗粒在测量管中的沉降行为。
当颗粒通过光电传感器时，传感器会记录时间，从而测量颗粒的沉降速度。
控制系统控制系统由计算机和相应的软件构成，用于实时处理光电传感器传回的数据，并计算颗粒的粒径大小。
显示器显示器用于展示实时测量结果，包括颗粒的粒径分布图和统计数据等。
测量步骤费氏粒度仪的测量步骤如下：1.安装并预热仪器，确保测量管内的流体介质温度稳定。
2.通过流体系统将待测颗粒样品引入测量管中。
3.开始测量，启动控制系统记录光电传感器的数据。
4.根据斯托克斯定律，计算颗粒的粒径大小。
5.显示实时测量结果，并生成粒径分布图和统计数据。
应用领域费氏粒度仪在颗粒物料行业中具有广泛的应用。
它可以用来研究颗粒物料的物理特性、产品质量控制、颗粒过滤等。
总结费氏粒度仪通过测量颗粒在流体中的沉降速度来反推颗粒的粒径大小。
它的测量原理基于斯托克斯定律，通过光电传感器记录颗粒的沉降行为，并使用控制系统计算粒径大小。
费氏粒度仪在颗粒物料行业中具有广泛的应用，对于研究颗粒物料的物理特性和质量控制具有重要意义。
实验一 粒度测定
实验一 粒度测定——沉降分析法一、实验目的学习沉降分析法的基本原理，测定CaCO 3粉末粒子的大小及分布。
二、实验内容 1、原理悬浮粒子在分散介质中一方面受到重力的作用，作加速运动而下沉，另一方面受到介质的阻力。
当此二力相等时，粒子将匀速下沉。
设粒子为球形，则有6ππηr )g ρ(ρπr 3403=-因而29ρρην-⋅=g r (1)上式即为stokes 沉降公式。
式中：r 为粒子半径，η为介质粘度，v 为沉降速度，ρ为粒子密度，ρ0为介质密度，g 为重力加速度。
若H 表示t 时间内粒子沉降的距离则 ()gt HH r 00121.2)gt-2(9ρρηρρη-==(2)或gtHd )0(42.4ρρη-= (3) d 为粒子的直径。
若粒子不是球形，由上式求得之r 为等效半径。
实际的悬浮粒子往往是多分散的，粒子大小有一分布。
用沉降分析法测定粒子大小分布，是在离开液面一定高度处测定沉降量(P)随时间(t)的变化，作P~t 曲线(沉降曲线)，再用此曲线进行处理，得到粒子大小的积分和微分分布曲线。
常用的处理方法是将每一时间t 的沉降量P 分为两部分；半径大于用(2)式计算得的粒子的重量S 和半径小于按(2)式计算之粒子的部分沉降量q ，在图26-1所示的P~t 曲线上作与t 1相应之C 1点的切线，交P 轴于A 1、C 1A 1线的斜率为(dP/dt)t-t 1，q ＝t 1(dP/dt) t-t 1＝A 1B 1，与t 1相对应的已完全沉降的粒子重量为S ，因为S + q = P所以S=OA 1。
若P c 表示悬浮粒子的极限沉降量，半径大于某r(相当于在时间t 1内完全沉降)的粒子的百分含量(用Q 表示)可用下式表示%1001⨯=cP OA Q (4)沉降分析法用普通扭力天平即可进行实验，也可用其它的类似装置进行。
图1-1沉降曲线图图1-2 扭力天平示意图1-旋扭；2-水平仪；3-指针；4-开关旋扭5-天平臂；6-转盘2、仪器药品扭力天平，停表，台秤。
斯托克斯定律实验的操作技巧
斯托克斯定律实验的操作技巧斯托克斯定律是流体力学中一项重要的实验定律，其通过测量细长颗粒在粘稠流体中沉降的速度来推导出颗粒的大小和流体的粘度。
这个实验可以在普通的实验室环境下进行，具有一定的难度和技巧。
以下是斯托克斯定律实验的一些操作技巧。
首先，为了保证实验结果的准确性，我们需要准备好实验所需的仪器和材料。
主要包括：一个透明的长直筒，用来装载粘稠流体；一些细长而均匀的颗粒，如沙子或者小米；一支透明的尺子或者刻度尺，用来测量颗粒的沉降高度；一份具体且详细的实验记录表格，用来记录每次实验的数据。
在实验开始前，我们需要先将筒子清洗干净，并确保其内部无杂质。
接着，我们将粘稠流体倒入筒子中，注意不要让气泡进入流体中，否则会影响实验的准确性。
然后，我们需要将细长颗粒轻轻地倒入筒子中，避免颗粒在流体中受到过多的扰动。
在进行实验的过程中，我们需要注意控制实验环境的稳定性。
首先，我们要保持实验室的温度和湿度相对稳定，避免温度和湿度的变化对实验结果产生影响。
其次，我们要保持实验台面的平稳，以减小颗粒沉降时受到的外界振动。
为了准确记录实验数据，我们需要使用透明的尺子或者刻度尺来测量颗粒的沉降高度。
测量时，要尽量减小误差，可以反复测量多次并取平均值，同时要注意测量时尺子与颗粒的平行度。
为了更加精确地测量沉降高度，我们可以在筒子内部刻上一系列等距的标记，以供尺子参考。
在实验结束后，我们需要进行数据分析和结果的计算。
根据斯托克斯定律的表达式，可以通过测量得到的沉降速度和已知的流体粘度来计算出颗粒的直径。
在计算过程中，要注意单位的换算和计算公式的正确使用，以确保计算结果的准确性。
在进行斯托克斯定律实验时，我们还可以探索一些改进的方法，以提高实验的准确性和精度。
例如，我们可以使用更加精密的仪器来测量颗粒沉降速度，如高速相机或者激光测速仪。
我们还可以采用不同尺寸和形状的颗粒进行实验，以研究其对流体流动的影响。
总之，斯托克斯定律实验是一项重要的流体力学实验，其操作技巧对于确保实验结果的准确性和可靠性至关重要。
stokes阻力定律
Stokes阻力定律1. 引言Stokes阻力定律是描述物体在流体中受到的阻力大小和方向的定律，由英国物理学家George Gabriel Stokes于1851年首次提出。
该定律对于理解流体力学和研究物体在流体中运动具有重要意义。
本文将深入探讨Stokes阻力定律的原理、应用以及其在科学研究和工程领域中的重要性。
2. 原理根据Stokes阻力定律，当一个小球或细长物体在粘性流体中匀速运动时，它所受到的阻力与其速度成正比。
具体而言，Stokes阻力可表示为以下公式：其中，是Stokes阻力，是粘性系数，是物体半径，是物体相对于流体的速度。
3. 应用Stokes阻力定律在科学研究和工程领域有广泛的应用，下面将介绍其中几个重要的应用。
3.1 球体在流体中的运动当一个小球在粘性流体中以恒定速度运动时，根据Stokes阻力定律，可以计算出其所受到的阻力大小。
这对于研究微小颗粒在溶液中的扩散、浮力效应以及颗粒沉降速度等现象非常重要。
此外，Stokes阻力定律还可应用于纳米颗粒、细菌等微观尺度物体在生物医学和环境科学研究中的运动分析。
3.2 液滴的形变与分离在液滴分离和形变过程中，Stokes阻力定律也发挥着重要作用。
通过对液滴内部流体和外部流体之间的相互作用进行建模，并结合Stokes阻力定律计算液滴所受到的阻力，可以预测液滴形变、分离时间以及分离方式等关键参数。
这对于液滴生成、油水分离、微流控技术等领域具有重要意义。
3.3 球形颗粒的沉降在研究颗粒物质在液体中的沉降速度时，Stokes阻力定律可用于计算颗粒沉降过程中所受到的阻力。
通过测量颗粒的下降速度和应用Stokes阻力定律，可以估计颗粒的大小、密度以及液体的粘性等参数。
这对于分离和筛选颗粒物质、测定悬浮液中固体含量等方面具有重要意义。
4. 科学研究与工程应用Stokes阻力定律不仅在科学研究中有广泛应用，也在工程实践中发挥着重要作用。
以下是一些相关领域的具体应用示例：•生物医学工程：Stokes阻力定律可应用于血液流动模拟、细胞运动分析以及微流控芯片设计等生物医学工程研究。
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沉降法粒度测试原理——Stokes 定律
沉降法是通过测量颗粒在液体中的沉降速度来反映粉体粒度分布的一种方法。
我们知道，在液体中大颗粒沉降速度快，小颗粒沉降速度慢。
沉降速度与粒径的数量关系，
我们可以从下面的Stokes 定律的数学表达式得到：
从上式可以看到，颗粒的沉降速度与粒径的平方成正比，可见在重力沉降中颗粒越大沉降速度越快。
比如在相同条件下，两个粒径比为10：1，那么这两个颗粒的沉降速度之比为100：1。
这样通过测量颗粒的沉降速度就可以得到它的粒径了。
为了加快细颗粒的沉降速度，缩短测试时间，提高测试精度，许多沉降仪引入了离心沉降手段来加快细颗粒的沉降速度。
离心状态下，粒径与沉降速度的关系如下：
这就是离心状态下的Stokes 定律。
其中ω为离心机角速度，r 为颗粒到轴心的距离。
由于离心机转速较高，ω2r 远远大于重力加速度g ，因此同一个颗粒在离心状态下的沉降速度V c 将远远大于重力状态下的沉降速度V ，这就是离心沉降可以缩短测试时间的原因。
从Stokes 定律可以看出，只要测出颗粒的沉降速度，就可以得到该颗粒的粒径。
但在实际粒度测量过程中，液体中的颗粒数量很多，大小不同，因此直接测量每一个颗粒沉降速度是很困难的，因此用透过悬浮液的光强隨时间的变化率来间接地反映颗粒的沉
降速度。
光强与粒径之间的数量关系可以用比尔定律来描述：
通过比尔定律，我们通过测量不同时刻的光强得到光强的变化率，可以求得粒度分布。
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