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黏彈性流體兼有黏性液體與彈性固體的特性,槳式攪拌器,能在變形后呈現(xiàn)彈性恢復(fù),具有與非依時(shí)性和依時(shí)性這兩類非牛頓流體的黏性效應(yīng)。聚合物熔體和溶液是典型的黏彈性流體,在定態(tài)剪切下表現(xiàn)出前述純黏性非牛頓流體的特性,而當(dāng)剪切發(fā)生變化(包括擴(kuò)大、收縮流和非定態(tài)流動(dòng))時(shí)則表現(xiàn)出彈性。黏彈性流體具有以下特異流動(dòng)行為。
(1)爬桿效應(yīng)(Weissenberg效應(yīng)),用攪拌器攪拌黏彈性流體時(shí),轉(zhuǎn)軸處的液面沿軸上升,離軸較遠(yuǎn)處的液面下降。這一行為與牛頓流體正好相反。為此在設(shè)計(jì)流體黏彈性較強(qiáng)的攪拌器時(shí),應(yīng)選擇合適的攪拌器。否則,會(huì)因爬桿效應(yīng)使流體全部包裹在攪拌器上,與攪拌軸同步旋轉(zhuǎn),從而使混合和傳熱等過(guò)程均不能正常進(jìn)行。
(2)膨脹效應(yīng)(Barus效應(yīng)),螺桿式攪拌器,黏彈性流體從圓管或小孔中流出時(shí)有射流膨脹現(xiàn)象,此時(shí)流出液的大直徑dmax可達(dá)圓管內(nèi)徑d的2~3倍。黏彈性流體的膨脹程度與所流經(jīng)的圓管長(zhǎng)度有關(guān),圓管越長(zhǎng),膨脹程度越小;而當(dāng)圓管充分長(zhǎng)時(shí),膨脹比B (B=dmax/d)會(huì)達(dá)到一定值。膨脹比在聚合物加工中是一重要現(xiàn)象,通過(guò)測(cè)量膨脹比可獲得法向應(yīng)力差的信息。
(3)記憶現(xiàn)象(又稱彈性滯后),施加壓力梯度使黏彈性流體在管內(nèi)流動(dòng);當(dāng)突然移去壓力梯度,黏彈性流體將反向移動(dòng)一段距離后才停止。
(4)反向次流,在液體中插入一旋轉(zhuǎn)圓盤,形成的主流是切向流,同時(shí)在轉(zhuǎn)盤下方形成軸向次流。在牛頓流體中,次流的方向是軸中心處流體向上而四周流體向下;黏彈性流體則相反,軸心處流體向下而容器四周的流體向上運(yùn)動(dòng)。反向次流對(duì)攪拌器的攪拌、傳質(zhì)等操作是一個(gè)重要的影響因素。
不銹鋼攪拌器的偏心式安裝
不銹鋼攪拌器在立式容器上偏心安裝,脫硫攪拌器,能防止液體在不銹鋼攪拌器附近產(chǎn)生“圓柱狀回轉(zhuǎn)區(qū)”,可以產(chǎn)生與加擋板時(shí)相近似的攪拌效果。偏心式不銹鋼攪拌器的流型示意圖如圖1-13。攪拌中心偏離容器中心,會(huì)使液流在各點(diǎn)所處壓力不同,因而使液層間相對(duì)運(yùn)動(dòng)加強(qiáng),增加了液層間的湍動(dòng),使攪拌效果得到明顯的提高。但偏心攪拌容易引起振動(dòng).一般用于小型攪拌器上比較合適。
當(dāng)插入擋板后,波面的凹陷消失,如圖2-2中D1,此時(shí)周向速度大大減低,而徑向速度和軸向速度都增加,有研究表明,插入擋板后,可使垂直循環(huán)流速為無(wú)擋板時(shí)的4倍。
推進(jìn)式葉輪所造成的流動(dòng)狀態(tài)也有層流、過(guò)渡流以至湍流等,也因Re數(shù)大小而異。軸流型葉輪的排出流方式與徑流型的不同,它的流型是在軸方向有很大的排出流量,特別是罐內(nèi)有擋板或?qū)Я魍埠?,水平回轉(zhuǎn)流更弱,主要是軸向的上下循環(huán)流。軸流型葉輪與徑流型葉輪相比,前者可以在消耗動(dòng)力較小的情況下獲得較大的循環(huán)流量。
高黏度液體的流動(dòng)狀態(tài)與低黏度液體是不同的。當(dāng)液體處在高黏度時(shí),多為層流流動(dòng)。這時(shí)僅在葉輪的近旁才發(fā)生液體的流動(dòng),離開(kāi)葉端一段距離則液體的流速就急速降低,烏海攪拌器,直至仍然保持靜止?fàn)顟B(tài)。由于Re數(shù)的降低。這時(shí)軸附近的“固體回轉(zhuǎn)部”幾乎不存在,而罐內(nèi)流動(dòng)型式和攪拌葉輪的運(yùn)動(dòng)軌跡有直接關(guān)系如圖2-5。如錨式葉輪在層流時(shí)所造成的基本上是水平方向的回轉(zhuǎn)渦流。螺桿式使流體螺旋下降(或上升)為主,加上導(dǎo)流筒后,就可形成筒內(nèi)外的上下循環(huán)流。雙螺帶式能夠使液體產(chǎn)生較復(fù)雜的四周螺旋上升再沿?cái)嚢栎S下降的流動(dòng)型式?! ?/p>
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