试析有机粉状载体表面分形维数与其承载能力关系研究

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1、华中农业大学硕士学位论文有机粉状载体表面分形维数与其承载能力关系研究姓名：廖娜申请学位级别：硕士专业：农业机械化工程指导教师：谭鹤群20080601摘要粉状载体被广泛运用于化工、医药、食品、饲料等多个行业。载体的承载能力是生产实际中载体选择、承载工艺优化的重要依据，是影响产品质量的重要因素。目前，对于载体这种重要特性还没有可靠与公认的定量描述方法，这直接影响着与载体相关的工业化生产过程的设计与操作。粉状载体的承载能力很大程度上取决于粉体颗粒的微观表面性状(表面凹凸粗糙程度、表面孔隙数量与大小等)与颗粒群的粒度分布，而颗粒微观表面性状与颗粒群的粒度分布正是近年兴起的分形理论

2、研究的重要领域。文献资料表明，粉体分形维数可以定量描述粉体颗粒的表面特征与粒度分布。但前人很少涉及有机粉体的分形研究，关于有机粉状载体分形研究的文献更为少见。本课题利用前人在分形理论特别是分形维数测定方法方面的研究成果，建立有机粉体表面分形维数的测定方法和一种承载能力的评价指标；以饲料行业常用的玉米粉和米糠粉两种载体为研究对象，以FeS04-H20作为承载对象，研究粒径范围、水分含量对载体承载能力的影响；建立在不同水分含量下有机粉状载体承载能力与表面分形维数的定量表征模型。首先，基于SEM图像，分别应用豪斯道夫维数原理和差分计盒维数原理，采用Photoshop和MATLA

3、B软件，建立了有机粉体颗粒表面分形维数测定方法。结果表明，两种测定方法确定分形维数的回归方程均极显著(尸<0．01)，说明这两种测定方法都是可行的。30目．100目粒径范围内，利用豪斯道夫维数原理计算出来的玉米粉和米糠粉表面分形维数D。，在2．6．3．0之间，表明这两种载体的颗粒表面不规则程度较高；利用差分计盒维数原理计算出来的表面分形维数D。：多数在2．1．2．6之间，表明玉米粉和米糠粉颗粒表面较粗糙，结构较疏松，具有一定的吸附和承载能力。统计检验表明：利用豪斯道夫维数原理计算出来的维数值D。．要大于差分计盒维数值Ds2(P<0．01)。其次，研究粒径范围、水分含量对载

4、体承载能力的影响。玉米粉在粒径30目一80目范围内，水分含量分别为4．80％，5．83％，7．50％，8．41％时，粒径范围对其承载能力的影响均不显著(尸>0．05)；水分含量及粒径范围与水分含量的交互作用对其承载能力有极显著影响(P<0．01)。米糠粉在粒径30目．80目范围内，水分含量为4．45％，5．69％，7．09％，8．38％时，水分含量对其承载能力的影响显著(P<0．05)；粒径范围及粒径范围与水分含量的交互作用对其承载能力均有极显著影响(P<0．01)。采用最小显著差数法(LeastSignificanteDifferences，LSD)进行显著因素的多重比

5、较，结果表明：显著因素部分水平之间存在显著性差异。最后建立在不同水分含量下有机粉状载体承载能力与表面分形维数的定量表征模型。统计检验表明：所有模型的回归方程和回归系数均显著或极显著。水分含量为4．80％、7．50％和8．41％玉米粉承载能力叩与表面分形维数D蜘的关系模型均属于一次线性，其模型方程分别如下：水分含量为4．80％的模型方程为磅一91．690—27．381D¨水分含量为7．50％的模型方程为，巧am169．000—52．311D剐；水分含量为8．41％的模型方程为，；。一282．050+98．981Ds，。水分含量为7．09％米糠粉承载能力r／与表面分形维数Ds

6、，关系模型属于一次线性，其模型方程为巧=-530．771+190．835D鲥。水分含量为5．83％和7．50％玉米粉承载能力r／与表面分形维数D。，的关系模型均属于二次型，其模型方程分别如下：水分含量为5．83％的模型方程为纾；一137．764Ds2‘+672．370Ds2—805．519；水分含量为7．50％的模型方程为每一一124．779Ds224-596．494Ds2—693．497；水分含量为水分含量为4．45％、5．69％和8．38％米糠粉承载能力叩与表面分形维数JD。，的关系模型均属于二次型，其模型方程分别如下：水分含量为4．45％的模型方程为巧=一188．5

7、24Ds2。4-910．821Ds2—1082．631；水分含量为5．69％的模型方程为巧z一70．409Ds22+342．846Ds2—404．907；水分含量为8．38％的模型方程为，；-一74．771Ds2z+333．471Ds：一359．120。关键词：载体；承载能力；分形；分形维数；表面分形维数；有机粉体IlAbstractPowderycardersareusedinmulti—industriessuchaschemicalengineering，medicine，foodstuff’andfeedstuffSO