高黏度流體攪拌器的設(shè)計要素

高黏度流體的攪拌器設(shè)計，一直是攪拌混合領(lǐng)域中一個很重要的課題。

在我們用多種葉輪對高黏度牛頓流體以及非牛頓流體的混合進行了試驗后發(fā)現(xiàn)，一個的高黏度液體攪拌器，至少具備兩個條件：1.葉輪能提供強有力的剪切，這是減小濃度斑尺寸即分離尺寸的必要條件，如前所述，只有濃度斑足夠小，才能產(chǎn)生大面積的界面，促進分子擴散，從而快速達到分子級的混合效果，例如螺帶式葉輪和錨式葉輪，通常其d/D都在0.9/0，97左右，即都是所謂近壁型葉輪，在葉輪端部與罐壁之間會產(chǎn)生強烈的剪切，在此消耗了攪拌功率的90%左右。2.由于高剪切區(qū)總是只占有罐體積的一小部分，因此只有葉輪能使液體在罐內(nèi)進行快速的循環(huán)，呼和浩特攪拌器，使高剪切區(qū)和低剪切區(qū)的液體快速交換，才能使全罐快速地達到均勻混合。

長久以來，業(yè)內(nèi)存在這樣一種觀點，碳鋼攪拌器，對于近壁型攪拌器，其剪切總是足夠的，決定攪拌器混合能力的是葉輪的循環(huán)能力，并且還認為要達到全罐均勻混合，液體至少要在罐內(nèi)循環(huán)三次。因此，哪種葉輪能以短時間完成三次循環(huán)，那一種葉輪便是混合速率快的葉輪。這一結(jié)論，長時間以來被應(yīng)用在攪拌器的設(shè)計中。然而近年來一些具有復(fù)雜傳動機構(gòu)的攪拌器，如在回轉(zhuǎn)的同時進行上、下移動的復(fù)動攪拌器和使葉輪往復(fù)擺動的往復(fù)式攪拌器等，此類攪拌器會產(chǎn)生速度脈動，此類速度脈動，我們可以將其理解為液體在一定方向上的周期性的較為激烈的變化，事實證明速度脈動對于促進混合有很大作用。速度脈動原來是湍流操作特有的現(xiàn)象，然而，復(fù)動式攪拌器和往復(fù)式攪拌器以其上、下往復(fù)運動或正、反轉(zhuǎn)運動，在高黏度液體中產(chǎn)生了強的速度脈動，從而獲得了高的混合效率。因此可以將剪切、循環(huán)和速度脈動歸結(jié)為快速混合的二要素。這二要素是開發(fā)新型高黏度液體攪拌器的依據(jù)。

影響攪拌器輸入能量和流動場的主要因素

攪拌的過程其實就是通過攪拌器葉片的旋轉(zhuǎn)向內(nèi)容器內(nèi)的流體輸入機械能，使流體獲得合適的流動場，在流動場內(nèi)進行動量、熱量、質(zhì)量的傳遞或者同時進行化學(xué)反應(yīng)的過程。因此，流動場和輸入能量總是設(shè)計與選用攪拌器時關(guān)心的問題，具體表現(xiàn)為：不同操作目的的攪拌過程就需要不同的流動場，在攪拌過程中需要提供給流體以多大的能量；而各種攪拌器在不同的操作條件下能產(chǎn)生什么樣的流動場，水處理攪拌器，供給多大的能量等一系列問題。攪拌器的選型和設(shè)計其實就是針對這種需要和可能的匹配。

下面我們來看看影響流動場和輸入能量的主要因素.

影響流動場和輸入能量的主要因素有以下三種。

1.攪拌器的結(jié)構(gòu)型式，主要與釜型、攪拌器和內(nèi)構(gòu)件的形狀及數(shù)量等有關(guān)。其中攪拌器和內(nèi)構(gòu)件的搭配方式產(chǎn)生的影響非常大。例如，對于低黏度流體，用一個八平葉槳式攪拌器進行攪拌。在相同轉(zhuǎn)速下，有擋板時的輸入功率和排量分別是無擋板時的10倍和4倍。

此外，無檔板時流體的流動以水平環(huán)向流為主，而有擋板時則以軸向循環(huán)流為主。

2.攪拌器的轉(zhuǎn)速攪拌器的工作原理與泵的葉輪相同，所產(chǎn)生的壓頭與轉(zhuǎn)速N的平方成正比，提高攪拌器的轉(zhuǎn)速．即可提供較大的壓頭。

3.被攪物料的特性，主要包括密度、流變行為、表面張力、相分率以及分散相尺寸等。攪拌過程的特性特別強烈地取決于物料的流變特性，如黏度等。

當插入擋板后，波面的凹陷消失，如圖2-2中D1，此時周向速度大大減低，而徑向速度和軸向速度都增加，有研究表明，攪拌器加工，插入擋板后，可使垂直循環(huán)流速為無擋板時的4倍。

推進式葉輪所造成的流動狀態(tài)也有層流、過渡流以至湍流等，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。

高黏度液體的流動狀態(tài)與低黏度液體是不同的。當液體處在高黏度時，多為層流流動。這時僅在葉輪的近旁才發(fā)生液體的流動，離開葉端一段距離則液體的流速就急速降低，直至仍然保持靜止狀態(tài)。由于Re數(shù)的降低。這時軸附近的“固體回轉(zhuǎn)部”幾乎不存在，而罐內(nèi)流動型式和攪拌葉輪的運動軌跡有直接關(guān)系如圖2-5。如錨式葉輪在層流時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攪拌軸下降的流動型式。

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