粉體是顆粒材料最為常見存在形式，其品種多樣，包括陶瓷、金屬、非礦、耐火材料、石墨烯粉等，應用領域也極其廣泛，涉及醫藥、食品、建材、電子、新能源等，是新材料產業的一個重要組成部分。但無論是何種品種，應用于何種領域，它們的生產流程都是相似的，需要經過粉碎、球磨、分級和混合、干燥、熱處理、制粒等多個流程，不過由于粉體顆粒運動過程比較復雜，涉及流體力學、氣體動力學、機械工程和化學等多個學科領域，涉及到宏觀的系統尺度、單元設備尺度、介觀顆粒尺度、微觀分子尺度，是個多尺度問題，因此不同尺度問題的研究方法有所差異，采用多尺度仿真粉體制備過程，并改進最終產品的性能是非常必要的。

攪拌磨宏觀尺度仿真

粉體顆粒微觀吸附演化過程

近年來，為了制備出滿足產品質量要求的高性能粉體材料，同時減少試錯成本，提高研發效率，研究人員開始基于多尺度仿真方法對粉體制備工藝進行模擬。多尺度仿真技術可通過將不同尺度下的材料結構和性能進行集成并在不同尺度之間建立聯系，用于模擬和分析具有不同尺度特征的復雜系統或過程，從而更準確地預測和解釋材料、設備、工藝等的行為，并定量評估設備結構、顆粒性質、工藝參數對產品品質的影響。

具體來說，多尺度仿真技術應用于粉體制備流程可以分為宏觀尺度、介觀尺度和微觀尺度三個層次：

①宏觀尺度：用來研究材料的宏觀性質。通常可采用有限元方法、有限容積法對整個粉體制備過程進行建模、分析，包括物料輸送、混合、反應、分離等步驟，模擬反應器、干燥器、燒結爐等設備內部流場、溫度場、濃度場，從而提高設備的效率，降低能耗，預測產品質量和產量，優化設備性能和操作條件。

②介觀尺度：主要研究單個顆粒間或小群體顆粒的相互作用、團聚行為、孔隙結構、界面現象等。如碰撞、粘附、滾動、滑動等顆粒行為，燒結過程中晶粒生長、相變、缺陷演化等現象，以及在顆粒表面或界面處發生的化學反應等。

③微觀尺度：主要研究原子和分子級別的結構、鍵合狀態、電子云分布、量子效應等。可采用分子動力學或第一性原理方法對粉體材料性能進行分析，對其生長機理進深入行分析。

通常，要實現從微觀到宏觀的全面理解和預測，多尺度仿真需要在不同尺度之間建立有效的耦合機制。例如，微觀尺度的模擬結果可以作為介觀尺度模型的輸入參數，而介觀尺度的平均性質則可用于構建宏觀尺度的本構關系。而這種跨尺度和多種微觀機制耦合都是非常復雜的過程。

為了推廣該技術在粉體制備過程中的應用，幫助研發人員提高產品質量和生產效率，12月26-28日，于珠海舉辦的“2024全國粉體檢測與表面修飾技術交流會（第八屆）”上，粉體圈特別邀請鄭州大學機械與動力工程學院的周俊杰教授現場分享報告《粉體制備過程多尺度仿真》，屆時他將圍繞粉體制備過程的產品質量與性能缺陷等問題，基于多尺度仿真方法對粉體制備工藝，粉體制備過程中的關鍵設備和粉體材料性能進行討論，內容包括：

1、多尺度仿真概述

2、粉體制備過程中的設備宏觀尺度仿真及影響因素分析

3、粉體材料與制備工藝微尺度仿真及影響因素分析

4、粉體制備新技術展望

新技術推動新材料發展！如您對該報告感興趣，歡迎報名參會！

報告人介紹

周俊杰，工學博士，碩士生導師，鄭州大學機械與動力工程學院教授，新能源與低碳技術研究所所長，長期從事多尺度模擬、多能源集成及過程強化研究，主持國家自然基金1項，省教育廳科技攻關1項，參與鄭州市科技攻關2項，主持教改項目2項，主持橫向課題20余項，獲河南省科技進步二等獎1項，周口市科技進步二等獎2項，河南省自然科學學術論文獎4項，河南省自然科學優秀學術著作二等獎1項，獲國家專利7項，軟件版權2項。近年來發表學術論文50余篇，主編和參編專著和教材4部，指導研究生20余名，并獲河南省教育廳研究生優秀指導教師稱號。作為項目負責與中國大唐集團科學技術研究有限公司華中分公司、中國船舶集團公司第713研究所等開展校企合作研發工作。

珠海粉體檢測交流會會務組