[发明专利]一种对非球形颗粒堆积体系中局部孔隙结构定量表征的方法

摘要

本发明涉及一种对非球形颗粒堆积体系中局部孔隙结构定量表征的方法。本发明对不同形状非球形粒子在重力作用下形成的初始疏松堆积及在施加外部机械振动条件下形成的最终致密堆积体内的孔隙结构(包括尺寸及形状)进行定量表征。在没有破坏整个堆积系统结构的前提下，通过CT逐层扫描成像数值构建粒子堆积体的实际三维结构，通过自主开发的程序计算和表征各种粒子堆积体内不同高度的局部孔隙尺寸及结构。本发明方法不仅计算准确，误差小，而且可以应用于其它不同堆积体系中。

主权项

1.一种对非球形颗粒堆积体系中局部孔隙结构定量表征的方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1、在容器中堆积非球形颗粒形成初始堆积，使所述非球形颗粒的高度在容器高度的1/2～3/4处，称量加入容器中的非球形颗粒的质量为m，根据公式(1)获得非球形颗粒的颗粒数N，其中，mp为一个颗粒的质量：N＝m/mp  (1)S2、将步骤1的容器固定在振动装置的振动台上，用抚平板轻轻将颗粒堆积体的表面抚平，从容器圆周均匀分布的五个位置处分别读取颗粒堆积高度数据，取平均值后得到初始堆积高度h1，根据公式(2)计算出粒子的初始堆积密度ρ初始，ρ初始＝Vp/Vc  (2)其中，所述Vp为颗粒所占的体积，Vp＝N×V颗粒，Vc是相应堆积体系所占的容器空间的体积，Vc＝S容器底×h1；在设定的频率和振幅下进行振动；S3、振动停止后，读出堆积高度h2，根据公式(3)计算堆积密度ρ，ρ＝Vp/Vc1  (3)其中，Vc1＝S容器底×h2；将颗粒倒出后重新装入容器中，并重复步骤S1‑S3，其中，在所述步骤S2中先在振幅不变的情况下，改变振动频率，获得不同频率下的堆积密度，之后改变振幅，获得不同振幅、频率下的堆积密度；当堆积密度最大时，记为最佳振动参数；S4、使用CT对最佳振动参数下获得的致密堆积结构沿竖直方向进行扫描成像，形成沿高度方向的一系列二维截面图；S5、对各层的CT扫描成像图，根据公式(4)计算堆积体系的孔隙度ε，ε＝S孔隙/S容器  (4)其中，所述S孔隙为CT扫描成像图中孔隙所占面积，所述S容器为扫描成像图中容器截面的面积。