











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,由于搅拌的离心作用,流体在搅拌器内呈漩涡状;与此相反,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,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。



搅拌器中的流型流场介绍
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,搅拌将产生三种基本流型:1.切向流;2.轴向流;3.径向流。上述三种基本流型,通常可能同时存在。其中,焦油储槽搅拌器深入细致,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。
在无挡板的搅拌容器中,搅拌器偏心安装可以获得较好的搅拌效果。而在大型油釜中,若采用搅拌器侧面插入安装方式,通常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。
搅拌器内进行的是三维流动,且流动具有随机性,因而其流动状况非常复杂:对这种流动的研究方法有两种,即试验测量方法与数值模拟法。
流场的测量通常采用毕托管法、热线流速计法、照相法、激光多普测速仪法和图像分析法等测速技术,可测出搅拌器内任意点的时均速度与脉动速度。然后以描述湍 流的雷诺方程为基础,加上不同的方程封闭假定与过程的简化假定,求解雷诺方程。可从理论上计算搅拌釜内各点的速度:对釜内各点的时均速度与脉动速度数据加以处理,可获得搅拌釜内的流型、速度分布、剪切速率分布、能耗速率分布等重要的流体力学特征量:
流场数值模拟测量搅拌器内的流场的试验装置一般都很昂贵,且流场的测量是相当费时的,故对于搅拌器往往只能实验地获得局部流场信息。近年来,随着计算机技术 的进步,用计算流体力学的方法对搅拌器内流场进行数值模拟的研究越来越多,从高黏层藏到低黏湍流,从两维流场到三维流场都开展了大量研究计算。目前,已能对简单的搅拌器和流变行为简单的液体所形成的流动场,用计算机进行模拟。



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