《Journal of Food Engineering》：Powder mechanics and triboelectric charging of edible powders during pneumatic conveying
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•粉体特性影响可食性粉体在输送过程中的摩擦起电。•湿度调节减少了小麦粉和小麦淀粉的电荷积累。•管道几何形状改变了颗粒–壁面接触和静电积累。•CFD–DEM碰撞统计与实测荷质比相关联。•离子化气流实现了高达61%的静电消除效率。引言可食性粉体在食品加工中通常通过气力输送进行处理
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粉体特性影响可食性粉体在输送过程中的摩擦起电。
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湿度调节减少了小麦粉和小麦淀粉的电荷积累。
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管道几何形状改变了颗粒–壁面接触和静电积累。
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CFD–DEM碰撞统计与实测荷质比相关联。
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离子化气流实现了高达61%的静电消除效率。
引言
可食性粉体在食品加工中通常通过气力输送进行处理，因为封闭管道能够实现灵活高效的传输。然而，颗粒间的反复接触以及颗粒与管壁的接触会产生摩擦电荷，从而促进粘附、沉积、团聚和运行不稳定（Al-Adel等，2002；Al-Zoubi等，2020）。起电取决于界面电学性质和颗粒运输过程中建立的接触历史，使静电控制成为一个耦合的力学和电学问题。
小麦粉和小麦淀粉提供了对比鲜明的可食性粉体体系：小麦粉含有淀粉、蛋白质、脂质和少量其他成分，而小麦淀粉成分更加均匀。它们在粒径分布、形态、表面性质和流动行为方面也存在差异。因此，这些粉体之间的比较揭示了综合材料效应，但无法隔离粒径或其他任何单一描述因素的影响。
以前的研究表明，基于小麦的粉体的摩擦起电会随接触材料、粉体组成、颗粒性质和输送条件而变化（Ghadiri Gargari和Tabtabaei，2024；Miller等，2024；Ozcelik和F?rst，2024；Forward和Lacks，2009；Grosshans，2019）。颗粒形态和粒径分布可能改变接触频率和冲击动力学，而水分则可能影响接触力学和电荷耗散。然而，实测荷质比与底层运输和颗粒–壁面接触动力学之间的联系仍然不够明确，特别是在不同的管道方向和弯头几何形状条件下。
现有研究通常报告特定条件下的最终电荷水平，而未同时考察水分依赖的粉体力学、管道几何形状和动态接触。由于粉体组成、形态、摩擦和电学性质同时变化，机理解释需要互补测量和颗粒尺度模拟，而非简单的单因素归因。
本研究将溜槽起电和批次气力输送实验与耦合计算流体力学–离散元方法（CFD–DEM）模拟相结合。对小麦粉和小麦淀粉进行了考察，以评估水分和壁材的影响；小麦粉气力输送实验评估了输送压力、管道倾斜角和弯头曲率。模拟刻画了集体运输和颗粒–壁面接触；补充气流和离子化气流被评估为静电控制策略。其目的是对观察到的起电趋势进行机理解释，而非声称一种普适的预测规律。
章节片段
材料
选择小麦粉和小麦淀粉作为代表性可食性粉体。小麦粉购自五得利集团面粉有限公司（中国新乡），90%的颗粒小于149.8 μm，灰分含量为0.39%，初始水分含量为14%。小麦淀粉购自河南香华面粉有限公司（中国河南），90%的颗粒小于38.02 μm，初始水分含量为14%。
测试前，两种粉体均通过80目筛。
粉体力学性质
首先表征小麦粉和小麦淀粉的力学性质，为解释摩擦起电建立结构基础。如图1所示，两种粉体的休止角均随水分含量增加而增大。对于小麦粉，当水分含量从10%增加到18%时，休止角从49.60°增加到50.91°，而小麦淀粉从46.51°增加到48.46°。这表明水分增强了颗粒间凝聚力，并
粉体力学与摩擦起电的关系
摩擦起电反映了界面电荷转移以及在输送过程中建立的颗粒接触历史。因此，粉体重排、壁面接触和电荷耗散是共同作用而非独立作用的。
小麦粉通常表现出比小麦淀粉更高的荷质比，但组成、粒径分布、形态和表面性质的差异并未独立控制。增加水分通常减少起电，这可能是因为
结论
溜槽和气力输送实验，辅以CFD–DEM模拟，用于研究基于小麦的粉体中粉体力学、颗粒运输和摩擦起电之间的关系。
主要发现如下：
- 1.
在可比的溜槽条件下，小麦粉通常比小麦淀粉获得更多的电荷。由于粉体在组成、粒径分布、形态和表面性质方面存在差异，这种差异无法归因于
CRediT作者贡献声明
Wenji Wei：软件、资源。Yongyu Zhang：方法学、调查。Hanshan Zhang：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿。Xuemeng Xu：项目管理。Yongxiang Li：资金支持。
未引用参考文献
Aphale et al., 2003; Bravo-Blanco et al., 2017; Bharathi et al., 2023; Fan et al., 2024; Faridi and Jian, 2025; Hemery et al., 2009; Hirota et al., 2002; Kong et al., 2022; Li et al., 2021; Li et al., 2024; Mazumder et al., 2006; Ma et al., 2024; Naik et al., 2015; Nifuku and Katoh, 2003; Ozler and Grosshans, 2025; Qian et al., 2017; Schwindt et al., 2017; Shen et al., 2022; Shen et al., 2022; ?upuk et al., 2013; Uzair, 1966; Zhou et al., 2022.
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本论文中报告的工作。
致谢
本研究得到2022年国家"十四五"重点研发计划"粮食物流研发与示范（2022YFD2100201）"的资助。
关于生成式AI和AI辅助技术在写作过程中使用的声明
本研究的撰写过程中未使用任何生成式AI或AI辅助技术。
Hanshan Zhang|Yongxiang Li|Xuemeng Xu|Wenji Wei|Yongyu Zhang
