湿颗粒在翻动筛面上的动态脱离机制与实验研究

为解决湿颗粒在振动筛分过程中的粘附难题，研究人员基于液桥理论(Liquid bridge theory)建立了湿颗粒动态脱离模型，定义了湿颗粒抛掷指数(Throwing index)，揭示了颗粒脱离振动平面的三阶段机制(相对静止-抛掷-脱离)。通过搭建振动测试系统和粘附粒径分析系统，验证了理论模型的准确性，发现0.5-0?mm颗粒粘附率稳定在8%，为VFFS(振动翻动筛)优化设计提供了理论依据。

　　

在矿业、冶金等领域，湿颗粒的筛分一直是行业痛点。当物料因降雨或抑尘喷淋导致含水率升高时，颗粒间会形成液桥(Liquid bridge)，引发严重的粘附现象。传统振动筛面对湿细颗粒时，筛孔堵塞、物料结块等问题频发，而振动翻动筛(Vibrating Flip-Flow Screen, VFFS)虽能通过50-100^?g的高加速度缓解这一问题，但其作用机制尚不明确。

安徽理工大学的研究团队通过液桥理论建立了湿颗粒脱离动力学模型，首次定义了湿颗粒抛掷指数，并推导出脱离微分方程。他们发现：湿颗粒脱离过程可分为相对静止期、抛掷期和脱离期三阶段；当颗粒尺寸增大时，液桥力影响减弱，最终脱离所需加速度趋近重力加速度(g)；实验显示VFFS筛板上0.5-0?mm颗粒占比最高，且其粘附率对振动参数变化最不敏感。

关键技术包括：

1. 搭建振动测试系统量化颗粒脱离行为
2. 开发粘附粒径分析系统统计分布规律
3. 采用4/5阶Runge-Kutta-Fehlberg算法求解相对位移
4. X射线荧光光谱(XRF)分析耐火废料成分

主要研究结果：
液桥力作用机制
通过Young-Laplace方程解析毛细力，发现静态液桥力(毛细压力+表面张力)主导初期粘附，动态粘滞力影响脱离过程。当分离距离超过临界值时，液桥断裂。

数值模拟
数值计算表明：小颗粒(<1?mm)脱离显著受液桥力制约，而大颗粒(>3?mm)行为接近干物料。在固定湿度下，1-0.5?mm颗粒粘附率对振动频率最敏感。

实验验证
耐火废料实验数据证实：主/浮动筛梁上粘附颗粒多为3-0?mm，而VFFS筛板集中于0.5-0?mm范围。当振动加速度从30^?g提升至50^?g时，1-0.5?mm颗粒粘附率下降40%，但0.5-0?mm颗粒保持8%稳定值。

这项发表于《Powder Technology》的研究首次系统阐释了湿颗粒在VFFS中的动态脱离机制，为处理高湿度物料的工业筛分设备提供了关键设计参数。特别是提出的抛掷指数模型，突破了传统振动筛分理论仅考虑惯性力的局限，将液桥力纳入动力学方程，这对开发新一代智能筛分系统具有重要指导意义。研究团队Runhui Geng等指出，该成果可推广至矿物加工、再生资源回收等领域，预计能使湿细颗粒筛分效率提升15%以上。