粉体是颗粒材料最为常见存在形式，其品种多样，包括陶瓷、金属、非矿、耐火材料、石墨烯粉等，应用领域也极其广泛，涉及医药、食品、建材、电子、新能源等，是新材料产业的一个重要组成部分。但无论是何种品种，应用于何种领域，它们的生产流程都是相似的，需要经过粉碎、球磨、分级和混合、干燥、热处理、制粒等多个流程，不过由于粉体颗粒运动过程比较复杂，涉及流体力学、气体动力学、机械工程和化学等多个学科领域，涉及到宏观的系统尺度、单元设备尺度、介观颗粒尺度、微观分子尺度，是个多尺度问题，因此不同尺度问题的研究方法有所差异，采用多尺度仿真粉体制备过程，并改进最终产品的性能是非常必要的。

搅拌磨宏观尺度仿真

粉体颗粒微观吸附演化过程

近年来，为了制备出满足产品质量要求的高性能粉体材料，同时减少试错成本，提高研发效率，研究人员开始基于多尺度仿真方法对粉体制备工艺进行模拟。多尺度仿真技术可通过将不同尺度下的材料结构和性能进行集成并在不同尺度之间建立联系，用于模拟和分析具有不同尺度特征的复杂系统或过程，从而更准确地预测和解释材料、设备、工艺等的行为，并定量评估设备结构、颗粒性质、工艺参数对产品品质的影响。

具体来说，多尺度仿真技术应用于粉体制备流程可以分为宏观尺度、介观尺度和微观尺度三个层次：

①宏观尺度：用来研究材料的宏观性质。通常可采用有限元方法、有限容积法对整个粉体制备过程进行建模、分析，包括物料输送、混合、反应、分离等步骤，模拟反应器、干燥器、烧结炉等设备内部流场、温度场、浓度场，从而提高设备的效率，降低能耗，预测产品质量和产量，优化设备性能和操作条件。

②介观尺度：主要研究单个颗粒间或小群体颗粒的相互作用、团聚行为、孔隙结构、界面现象等。如碰撞、粘附、滚动、滑动等颗粒行为，烧结过程中晶粒生长、相变、缺陷演化等现象，以及在颗粒表面或界面处发生的化学反应等。

③微观尺度：主要研究原子和分子级别的结构、键合状态、电子云分布、量子效应等。可采用分子动力学或第一性原理方法对粉体材料性能进行分析，对其生长机理进深入行分析。

通常，要实现从微观到宏观的全面理解和预测，多尺度仿真需要在不同尺度之间建立有效的耦合机制。例如，微观尺度的模拟结果可以作为介观尺度模型的输入参数，而介观尺度的平均性质则可用于构建宏观尺度的本构关系。而这种跨尺度和多种微观机制耦合都是非常复杂的过程。

为了推广该技术在粉体制备过程中的应用，帮助研发人员提高产品质量和生产效率，12月26-28日，于珠海举办的“2024全国粉体检测与表面修饰技术交流会（第八届）”上，粉体圈特别邀请郑州大学机械与动力工程学院的周俊杰教授现场分享报告《粉体制备过程多尺度仿真》，届时他将围绕粉体制备过程的产品质量与性能缺陷等问题，基于多尺度仿真方法对粉体制备工艺，粉体制备过程中的关键设备和粉体材料性能进行讨论，内容包括：

1、多尺度仿真概述

2、粉体制备过程中的设备宏观尺度仿真及影响因素分析

3、粉体材料与制备工艺微尺度仿真及影响因素分析

4、粉体制备新技术展望

新技术推动新材料发展！如您对该报告感兴趣，欢迎报名参会！

报告人介绍

周俊杰，工学博士，硕士生导师，郑州大学机械与动力工程学院教授，新能源与低碳技术研究所所长，长期从事多尺度模拟、多能源集成及过程强化研究，主持国家自然基金1项，省教育厅科技攻关1项，参与郑州市科技攻关2项，主持教改项目2项，主持横向课题20余项，获河南省科技进步二等奖1项，周口市科技进步二等奖2项，河南省自然科学学术论文奖4项，河南省自然科学优秀学术著作二等奖1项，获国家专利7项，软件版权2项。近年来发表学术论文50余篇，主编和参编专著和教材4部，指导研究生20余名，并获河南省教育厅研究生优秀指导教师称号。作为项目负责与中国大唐集团科学技术研究有限公司华中分公司、中国船舶集团公司第713研究所等开展校企合作研发工作。

珠海粉体检测交流会会务组