분말 링층
분말 링층은 원통형 혼합실 내에서 중앙에 장착된 혼합 공구에 의해 분말이 강하게 가속될 때 형성됩니다. 혼합 공구는 높은 원주 속도로 회전합니다. 분말 입자들은 관성에 의해 준원형 궤도로 강제됩니다.
입자는 원심 가속도를 받게 됩니다. 이는 대략 다음과 같습니다.
az = ω2·r
- ω는 각속도입니다.
- r은 반지름의 절반입니다.
질량 m을 가진 입자에 작용하는 결과적인 원심력 F는 다음과 같습니다.
Fz = m·ω2·r
이로 인해 분말은 혼합 실린더의 내벽에 밀착됩니다. 정상 상태에서 고밀도로 채워진 고리 모양의 영역이 형성된다. 이를 분말 고리층이라고 한다. 이 층에서는 원심력, 중력 및 벽 마찰력 간의 평형이 유지된다.
입자와 벽 사이의 접촉력은 강한 전단 응력을 유발한다. 벽 마찰력은 원심력에 의해 결정되는 법선력과 함께 증가한다. 간단히 말하면
FR = μ·FN
- μ는 마찰 계수
- FN은 법선력
ω와 r이 클수록 법선력이 커지고, 따라서 고리층의 전단 응력도 높아집니다. 혼합 공구에 의한 가속과 벽면에서의 감속이 끊임없이 반복되면서 입자 간의 격렬한 상대 운동이 발생합니다. 응집체는 분해된다. 동시에 1차 입자 간의 매우 강렬한 혼합이 이루어진다.
소량의 결합제가 첨가되면 메커니즘이 달라진다. 충돌하는 입자들은 접촉 지점에서 서로 달라붙는다. 정해진 크기의 응집체가 형성된다. 이 경우 링층은 응집 구역으로 작용한다.
응집체의 균일성은 혼합실의 형상에 크게 좌우된다. 매우 원형에 가깝게 제작된 실린더는 거의 일정한 벽 반경선을 갖는다. 이 경우 혼합 공구와 벽 사이의 거리는 대체로 일정하게 유지된다. 이를 높은 수준의 등거리라고 한다. 높은 등간격은 링층 내 전단 응력과 법선 응력의 분포 대역이 좁아지게 한다. 모든 입자는 유사한 하중 주기를 겪게 된다. 이는 생성되는 응집체의 입도 분포가 좁아지는 데 유리하다.
분말 링층 내의 역학은 무차원 계수를 사용하여 이상적으로 설명할 수 있다. 중요한 수치 중 하나는 프루드 수(Fr)이다. 회전하는 용기의 경우, 이는 흔히 다음과 같이 정의된다:
Fr=ω²⋅r/g
여기서 g는 중력 가속도, ω는 각속도, r은 특성 반지름이다. 프루드 수는 원심 가속도와 중력의 비율을 나타낸다. 원심력이 우세할 경우(Fr≫1), 고리층은 벽면에 강하게 밀착된다. 값이 작을 경우(Fr<1), 중력의 영향이 커지며, 분말은 부분적으로 흘러내리거나 구르는 층 또는 미끄러지는 층으로 순환할 수 있다.