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黏弹性流体对搅拌器的影响
黏弹性流体行为可以对搅拌器的混合作用产生巨大的负效应。黏弹性流体的典型特征是具有法向应力差、弹性回缩、应力突增(Overshoot)现象。这些特征可以显著地影响混合行为。黏弹性流体流场中力学特征明显地不同于其他流体。
对于牛顿流体,搪瓷搅拌器,由于搅拌的离心作用,流体在搅拌器内呈漩涡状;与此相反,化工搅拌器,黏弹性流体在搅拌过程中明显的特性是具有弹性。
弹性是材料在受力形变时试图维持原来的形状或形变试图恢复原来的形状的一个特性。因此在搅拌操作中,弹性使材料试图维持原来的形状而不产生混合。黏弹性流体在运动时,总是产生垂直于剪切面的法向应力差,该法向应力差会引发二次流,促使搅拌器中的流体产生爬杆现象——Weissenberg效应,即由搅拌器叶片端部吸入流体,沿搅拌轴方向排出。
1974年,Ulblecht曾对有关圆球、圆盘和搅拌器在黏弹性流体中旋转时产生的二次流流型进行了实验研究,实验表明:球在无弹性流体中旋转时,由于惯性力使流体沿搅拌轴吸入,再在球表面由惯性抛出,形成轴向循环,反应釜搅拌器,然而在弹性强的黏弹性流体中,由于法向应力的存在会产生相反方向的流动,当两种力刚好平衡时,会在球表面形成一个孤立的漩涡,在此漩涡内的流体与釜内其余流体不混合。 在黏弹性流体的搅拌中,使用螺杆-导流筒、锚式、框式搅拌器,是比较合适的。
罐中液体的循环流动是达到物料混合所的流动状态,攀枝花搅拌器,而湍流扩散、剪切流又是某些搅拌过程快速进行达到搅拌目的所需要的。虽然某种合适的流动状态也要靠搅拌罐及其他附件来共同造成,但是叶轮的形状与运转情况仍可以说是决定罐内流动状态的基本的因素。
各种搅拌叶轮形状按搅拌器的运动方向与叶轮表面的角度可分为三类,即平叶、折叶和螺旋面叶。桨式、涡轮式、锚式、框式等的叶轮都是平叶或折叶,而推进式、螺杆式、螺带式的叶轮则为螺旋面叶。 平叶的桨面与运动方向垂直,即运动方向与桨面法线方向一致。折叶的桨面与运动方向成一个倾斜角度;一般这个倾斜角度为45或60度等。螺旋面叶是连续的螺旋面成其中一部分,叶片曲面与运动方向的角度逐渐变化,如推进式叶片的根部曲面与运动方向一般可为40-70度,而其叶端的曲面与运动方向的角度较小,一般为17度左右。 由于平叶的运动方向与桨面垂直,所以当叶轮低速运转时,液体的主要流动为水平环向的流动。
当叶轮转速增大时,液体的径向流动就渐渐增大。叶轮转速愈高,由平叶排出的径向流愈强。但只靠叶轮本身,它造成的轴向流动还是很弱的。折叶由于桨面与运动方向成一定倾斜角,所以在叶轮运动时,除有水平环流外,还有轴向分流。在叶轮转速增大时,还有渐渐增大的径向流。螺旋面可以看成是许多折叶的组合,这些折叶的角度逐渐变化,所以螺旋面的流向也有水平环向流、径向流和轴向流,其中轴向流量大。
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