






搅拌器中的依时性非牛顿流体介绍
搅拌器中许多实际流体不能简单地用公式或方程式来描述。这是因为这些复杂流体的黏度不仅与切应变速率有关,还与剪切施加的时间有关。这就是依时性非牛顿流体,这种流体可以分成两类:触变性流体和震凝性流体。
(1)触变性流体,触变是指在恒定的切应变速率下切应力随时间下降的流体行为,如搅拌器的搅动变稀,静止变稠等行为。通常认为这种现象产生于结构或节点随时间的破坏或解节。这种结构破坏的速率与可破坏的节点的数量有关,随着节点的破坏,节点重构的速率开始增加,后会达到动态平衡。达到平衡后流体可能呈现纯黏或黏弹。有时,也可能不存在平衡点,或结构重构需要很长时间。此时,如果先以恒定的速度增加切应变速率,然后再以恒定的速度降低切应变速率,其切应力和切应变速率之间的关系会出现一个滞后环,环面积越大,不锈钢搅拌器,其依时性越强。
非自流性涂料、印刷油墨、番茄酱、奶油色拉、酸乳酪和石油钻探泥浆等流体都显示触变性。
(2)震凝性流体 震凝是指在恒定的切应变速率下切应力随时间增加的流体行为,如搅拌器猛烈搅拌即行凝结就属于震凝。通常认为这种现象产生于结构或节点随时间的形成。而且当切应变速率达到一定程度时,这种结构的形成不再继续进行,而结构的解节将发生。但是有时人们也发现,有些流体受剪切时只发生结构形成,而停止剪切时结构开始缓慢瓦解。震凝通常只发生在中等切应变速率下;在搅拌器高切应变速率下,结构通常不会形成。
膨润黏土液是具有震凝的流体。



黏弹性流体兼有黏性液体与弹性固体的特性,能在变形后呈现弹性恢复,具有与非依时性和依时性这两类非牛顿流体的黏性效应。聚合物熔体和溶液是典型的黏弹性流体,在定态剪切下表现出前述纯黏性非牛顿流体的特性,而当剪切发生变化(包括扩大、收缩流和非定态流动)时则表现出弹性。黏弹性流体具有以下特异流动行为。
(1)爬杆效应(Weissenberg效应),用搅拌器搅拌黏弹性流体时,营口搅拌器,转轴处的液面沿轴上升,离轴较远处的液面下降。这一行为与牛顿流体正好相反。为此在设计流体黏弹性较强的搅拌器时,顶进式搅拌器,应选择合适的搅拌器。否则,防腐搅拌器,会因爬杆效应使流体全部包裹在搅拌器上,与搅拌轴同步旋转,从而使混合和传热等过程均不能正常进行。
(2)膨胀效应(Barus效应),黏弹性流体从圆管或小孔中流出时有射流膨胀现象,此时流出液的大直径dmax可达圆管内径d的2~3倍。黏弹性流体的膨胀程度与所流经的圆管长度有关,圆管越长,膨胀程度越小;而当圆管充分长时,膨胀比B (B=dmax/d)会达到一定值。膨胀比在聚合物加工中是一重要现象,通过测量膨胀比可获得法向应力差的信息。
(3)记忆现象(又称弹性滞后),施加压力梯度使黏弹性流体在管内流动;当突然移去压力梯度,黏弹性流体将反向移动一段距离后才停止。
(4)反向次流,在液体中插入一旋转圆盘,形成的主流是切向流,同时在转盘下方形成轴向次流。在牛顿流体中,次流的方向是轴中心处流体向上而四周流体向下;黏弹性流体则相反,轴心处流体向下而容器四周的流体向上运动。反向次流对搅拌器的搅拌、传质等操作是一个重要的影响因素。
锚、框式搅拌器的种类和构造
对于某些高黏度流体的搅拌来说,锚、框式搅拌器是非常关键的。
为了增大搅拌范围和带走罐壁上的残留物或液层,锚式与框式搅拌器的外廓要接近搅拌罐的内壁.其底部的形状为适应罐底的轮廓也有椭圆、锥形等。为了增大对高黏度物料的搅拌范围以及提高叶轮的刚性,还常常要在锚式及框式搅拌器上增加一些立叶和横粱,这样使得锚式与框式搅拌器的结构形状出现多种多样。为了照顾制造上的条件,桨叶外廓与罐壁的间隙取15-40mm之间。
锚式、框式搅拌器与搅拌轴的连接方式类似于桨式,即叶轮与搅拌轴连接的一端制成半圆状的轴环,然后两侧叶片的两个半圆环用螺栓在搅拌轴上夹紧,同时用穿轴螺栓来固定叶片与搅拌轴(见图2-59)。由于叶轮的外廓尺寸大,为便于装拆,叶片之间多数是用螺栓连接,只有小型的才用铸造或焊接,叶轮以扁钢、角钢制造居多,为了提高搅拌器叶轮的强度,也可采用加筋的叶轮(参见图2-59和图2-60)。
搪玻璃搅拌罐中的锚式叶轮多是用钢制圆管或扁管焊接而成,其外壁搪玻璃(见图2-61)。
锚式、框式叶轮的通用尺寸为桨宽与桨径之比,桨的高度与桨径之比通常为0.5—1.O。桨上增加立叶与横梁时,须考虑不致妨碍工艺上的测温要求等,搅拌器立叶与横梁的宽度可取与叶片宽度同值。



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