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机械搅拌器中非依时性非牛顿流体

　　非依时性非牛顿流体是机械搅拌器中的常见流体，属于非牛顿流体中的一种。

　　符合上面公式的流体称之为纯黏性非牛顿流体，或广义牛顿流体，即流体在任何处的切应变速率都是切应力的函数。根据函数f(r)形式的不同，这种流体习惯上又可细分成三种类型：宾汉塑性流体、假塑性流体和胀塑性流体。

　　(1)宾汉塑性流体，在宾汉塑性流体的流动曲线上存在一个屈服应力，在屈服之前，它呈现固体行为。一般认为宾汉塑的现象产生于材料的一种三维刚性，这种刚性结构具有内在应力。当材料承受的应力小于屈服应力时，这种三维结构不足以被破坏，故不产生流动。但是当外部施加的应力大于屈服应力时，这种三维刚性就被破坏，呈现牛顿流动行为。

　　机械搅拌器中呈现宾汉塑的常见流体有污水泥浆、油脂、油漆、牙膏、淤泥、蛋黄酱、含有固体颗粒的白垩等；许多浓悬浮液也有屈服值，如将大量二氧化钛、碳酸钙、氧化铁等微粉混合入水中也可得宾汉塑性流体。

　　(2)假塑性流体，假塑性流体没有屈服应力，其流变行为的主要特征是黏度随切应力的增加而下降。这类流体通常可以用密律方程描述（此时，又可称为密律流体）。

　　在搅拌与混合技术中，研究得多的非牛顿流体是假塑性流体，具有这种流变行为的流体广泛存在于机械搅拌器中，有聚合物、聚合物溶液、悬浮液、高分子溶液以及羧纤维素的水溶液等。

　　(3)胀塑性流体，胀塑性流体的行为类似于假塑性流体，也没有屈服应力。但是胀塑性流体的黏度随切应变速率的增加而增加。许多高浓度的固体悬浮液具有这种流动行为。当这种悬浮液处于静止时，固体间的孔隙，液体的量由这些小孔隙的空间决定；在低切应变速率下，这些液体起着润滑剂的作用，因此呈现的应力也小；随着切应变速率的增加，液体不足以润滑结构之间的相互作用，应力急剧增加，所以呈现的黏度随切应变速率的增加而增加。

搅拌器内的流型取决于搅拌方式，搅拌器、釜、挡板等的几何特征，流体性质以及转速等因素。在一般情况下，搅拌轴安装在釜中心时，将产生三种基本流型：1 切向流2 轴向流（图中b， c）3 径向流（图中a， d， e， f）。上述三种基本流型，可能同时存在。

　　其中，轴向流与径向流对混合起主要作用，而切向流应加以抑制，可通过加入挡板削弱切向流，以增强轴向流与径向流。不同的桨型和桨径对流型有重要的影响，如下图所示。图中b，c为轴向流，但是采用大直径的PBT桨叶或者流体粘度增大会使流型转变成径向流。另外，采用多层PBT桨也会使各桨叶产生单独的径向流。

　　具体到搅拌器型号上，推进式搅拌器是轴流型的代表，平直叶圆盘涡轮搅拌器是径流型的代表，而斜叶涡轮搅拌器是混合流型的代表，

　　以上都是搅拌器在中心线安装的流型，可是当物料粘度不大，搅拌器在中心线安装有时会造成打旋现象，形成漩涡后会大大降低混合效果。解决方法有很多：可以改变搅拌器直径，也可考虑安装挡板，在无挡板的搅拌容器中，搅拌器偏心安装也可以获得较好的搅拌效果，另外导流筒、内盘管等附件也可以起到挡板的效果。而在大型油釜中，一般采用侧面插入安装方式，通常也可获得较好的釜内整体循环。该场合若采用侧面射流混合方式，也可得到相似的混合效果，安装方式方面还有倾斜安装方式。

罐中液体的循环流动是达到物料混合所的流动状态，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，高粘度搅拌器服务为先，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。