






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,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,应选择合适的搅拌器。否则,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。
如何防止化工搅拌器中的打旋现象
在某些工况下,化工搅拌器在搅拌过程中会发生打旋现象,这种现象对搅拌十分不利。
在打旋过程中,液体随着叶轮而运动,但是这种运动时同步的,就是所有液体一起运动,分子间的相对位置并没有发生变化,所有,调理罐搅拌器深入细致,液体并没有真正混合。
打旋会使得漩涡的中心下凹,这样很可能引起空气和叶轮的接触,在搅拌过程中,液体之间的摩擦,叶轮和液体的摩擦都会产生热能,而空气和旋转的液体及叶轮接触,并有一定温度,那么很可能产生化学反应,以及气液混合,这对于化工搅拌器的搅拌效果影响,还有可能对叶轮产生腐蚀。并且由于由于中央液面下凹,液体也无法和叶轮完全接触,也影响到了叶轮的搅拌效果。



搅拌器悬浮临界转速的确定
所谓悬浮临界转速,是指搅拌釜内悬浮操作达到某一的悬浮状态时,搅拌器转速的小值。只有确定了搅拌器临界转速,才能计算出过程所需要的小功率。 (1)完全离底悬浮的临界转速,搅拌器的完全离底悬浮临界转速常用直接观察法和电导法测定。
直接观察法是用肉眼观察搅拌釜底颗粒运动状态,当颗粒全部处于运动时,且颗粒在釜底停留(静止)时间不超过1~2s,即认为达到了完全离底悬浮。此法用于实验室研究能够得到满意的结果。
电导法是在釜底安装多个电导元件,根据电信号的变化,确定完全离底悬浮临界转速。此法可用于不透明釜体的测量上。
在固-液悬浮操作中,对完全离底悬浮的研究较多,也发表了不少有关搅拌器临界转速的关联式。
Zwietering通过大量的研究发现,关联式要依据搅拌釜结构尺寸、固相浓度、液体黏度、固体颗粒粒径、固-液两相密度差等影响悬浮操作的主要因素。
(2)均匀悬浮临界转速,均匀悬浮临界转速的确定,常用的方法是通过测釜内各点的固相浓度,根据釜内固相浓度分布的均匀度来判断。
一般情况下,釜内很难达到均匀悬浮,典型的固体颗粒沿釜深浓度分布如上图所呈,在低转速下,浓度分布不均匀,釜上部浓度低于平均浓度,釜下部浓度高予平均浓度。随着搅拌器转速的增加,浓度分布趋于均匀。当转速增加到一定程度,浓度均匀性不再增加,沿液面深度始终存在有一定的浓度差,而且从釜中可明显地看出沿液深总有一高浓度区。



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