細顆粒為何會團聚？ - 粉體氣流分級機製造商與供應商

1.為什麼空氣中的灰塵總是聚集在一起？

陽光透過窗戶照進來，為什麼空氣中的灰塵總是像團團亂飛？麵粉受潮後容易結塊，即使攪拌也很難散開。在霧霾天氣裡，為什麼空氣污染似乎一夕之間就變濃了？這些現象背後隱藏著顆粒物的一個特性：它們傾向於聚集在一起，就像人們在寒風中聚在一起取暖一樣。這個過程稱為顆粒團聚。

顆粒團聚的原因主要有以下三個面向：

范德華力可以被認為是一種無聲的吸引力。即使粒子不帶電，由於分子內部電子的瞬時運動，它們也會形成短暫而微小的磁極，從而相互吸引。

事實上，范德華力是一種分子間力。

就像兩張紙靠近時，即使沒有明顯的電荷或磁性，也會被靜電吸引。同樣，當你靠近電視螢幕時，你的頭髮也會因為微弱的分子力而飛揚。

對於直徑小於10微米的顆粒物，范德華力往往大於重力，這就是為什麼PM2.5和PM1.0等細顆粒物容易黏在一起、難以去除的原因。

當空氣中存在水分時，顆粒物表面很容易吸收水蒸氣，形成液體橋，就像一滴水連接兩個小球一樣。

舉個例子：兩粒乾沙不會黏在一起，但如果它們稍微濕潤一些，就能被水黏在一起。乾沙建不了城堡，但濕沙卻能堆成小山——這就是原理。

典型場景：廚房調味料受潮結塊、洗衣粉吸潮結塊、下雨天道路灰塵減少等。

當粒子在空氣或水中移動時，會發生許多相對運動和碰撞。如果條件合適（例如，速度不太快，且表面有吸附或液膜），粒子在碰撞後可能會黏在一起，形成更大的粒子。

想像一下，一群人坐在一輛搖晃的公車上。如果人太多，車子搖晃得厲害，他們往往會互相碰撞，緊緊抓住彼此才能站穩。這種無意的黏附類似於粒子的碰撞和聚集。

這種團聚的速度取決於顆粒濃度、流場速度和湍流強度。流動越劇烈，顆粒數量越多，發生碰撞的機率越高。

在工程中，我們經常使用計算流體動力學（CFD）和群體平衡模型（PBM）來模擬顆粒的團聚過程。

PBM 並非模擬每個粒子的運動軌跡，而是描述粒子尺寸空間中「粒子集合」的演化：

粒子的數量如何隨著時間的推移而減少（因為更多的粒子合併成更大的粒子）？

平均粒徑如何增加？

粒徑分佈 (PSD) 如何改變形狀：從尖銳的單峰
→ 逐漸變寬或形成雙峰？

沙丘的形成：沙粒在風力作用下相互黏附並堆積。土壤團聚體結構：黏土和有機質結合，起到保水保肥的作用。細胞聚集：生物體內的分子間作用力促進組織的形成。

在工業應用中，聚集既是好事，也是壞事。

在了解了團聚背後的機制之後，工程師們開發了各種解決方案來防止團聚。