攪拌器中的依時(shí)性非牛頓流體介紹

攪拌器中許多實(shí)際流體不能簡(jiǎn)單地用公式或方程式來描述。這是因?yàn)檫@些復(fù)雜流體的黏度不僅與切應(yīng)變速率有關(guān)，還與剪切施加的時(shí)間有關(guān)。這就是依時(shí)性非牛頓流體，這種流體可以分成兩類：觸變性流體和震凝性流體。

(1)觸變性流體，觸變是指在恒定的切應(yīng)變速率下切應(yīng)力隨時(shí)間下降的流體行為，如攪拌器的攪動(dòng)變稀，靜止變稠等行為。通常認(rèn)為這種現(xiàn)象產(chǎn)生于結(jié)構(gòu)或節(jié)點(diǎn)隨時(shí)間的破壞或解節(jié)。這種結(jié)構(gòu)破壞的速率與可破壞的節(jié)點(diǎn)的數(shù)量有關(guān)，隨著節(jié)點(diǎn)的破壞，節(jié)點(diǎn)重構(gòu)的速率開始增加，后會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。達(dá)到平衡后流體可能呈現(xiàn)純黏或黏彈。有時(shí)，也可能不存在平衡點(diǎn)，或結(jié)構(gòu)重構(gòu)需要很長(zhǎng)時(shí)間。此時(shí)，如果先以恒定的速度增加切應(yīng)變速率，然后再以恒定的速度降低切應(yīng)變速率，其切應(yīng)力和切應(yīng)變速率之間的關(guān)系會(huì)出現(xiàn)一個(gè)滯后環(huán)，環(huán)面積越大，其依時(shí)性越強(qiáng)。

非自流性涂料、印刷油墨、番茄醬、奶油色拉、酸乳酪和石油鉆探泥漿等流體都顯示觸變性。

(2)震凝性流體 震凝是指在恒定的切應(yīng)變速率下切應(yīng)力隨時(shí)間增加的流體行為，如攪拌器猛烈攪拌即行凝結(jié)就屬于震凝。通常認(rèn)為這種現(xiàn)象產(chǎn)生于結(jié)構(gòu)或節(jié)點(diǎn)隨時(shí)間的形成。而且當(dāng)切應(yīng)變速率達(dá)到一定程度時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的形成不再繼續(xù)進(jìn)行，而結(jié)構(gòu)的解節(jié)將發(fā)生。但是有時(shí)人們也發(fā)現(xiàn)，有些流體受剪切時(shí)只發(fā)生結(jié)構(gòu)形成，而停止剪切時(shí)結(jié)構(gòu)開始緩慢瓦解。震凝通常只發(fā)生在中等切應(yīng)變速率下；在攪拌器高切應(yīng)變速率下，結(jié)構(gòu)通常不會(huì)形成。

膨潤黏土液是具有震凝的流體。

通過流型對(duì)攪拌器進(jìn)行分類

攪拌器的分類比較復(fù)雜，我們可以根據(jù)流型來給攪拌器進(jìn)行分類。

流型就是用來形容攪拌器容器內(nèi)部的混合體根據(jù)一定的規(guī)律，循環(huán)流動(dòng)的一種形式，攪拌器的流型大致分為三種：軸向流型，徑向流型和混合流型。 軸向流型中的軸，指的就是攪拌軸，軸向流型的混合流體的運(yùn)動(dòng)方向是和攪拌軸平行的，流體是從軸向進(jìn)入攪拌器的葉片，而后又從軸向流出的一種液流方式，軸流式攪拌器多采用螺旋槳作為攪拌葉輪，所以軸流式攪拌器又成為旋槳式攪拌器，旋槳式攪拌器的生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用較低。

在同樣轉(zhuǎn)速和同樣直徑的前提下，軸流式攪拌器的功率更高，其特點(diǎn)還有，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，生產(chǎn)能力高，適用于中低粘度的液體攪拌。 和軸向流型相對(duì)的，徑向流型的流體是沿著葉輪的半徑方向排出的，結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，適用范圍相當(dāng)廣泛，徑流式攪拌器多有一個(gè)開式的葉輪，開式葉輪可以更好的實(shí)現(xiàn)流體的徑向排放，除了開式葉輪，還有很多徑流式攪拌器采用盤式葉輪，盤式葉輪多用來實(shí)現(xiàn)氣液混合，功率略低于開式葉輪。

葉輪上的槳葉多采用不銹鋼材質(zhì)，其形狀根據(jù)攪拌流體性質(zhì)的不同而不同，平直型槳葉多用于低粘度的液體的攪拌，而錨型槳葉可用于高粘度的液體攪拌，也可根據(jù)具體需要增加一排槳葉。

混合流型是在軸向流型和徑向流型基礎(chǔ)之上加裝擋板，一般擋板不會(huì)大于容器直徑的十分之一，高度也不應(yīng)超過直徑的兩倍，加裝擋板后流體會(huì)不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然，通過改變?nèi)~輪的安裝角度，使其按照需要稍微傾斜，可以通過更少的擋板實(shí)現(xiàn)我們所需要的混合流型，這一點(diǎn)要注意。

適用于固液懸浮的攪拌器結(jié)構(gòu)參數(shù)尺寸

固液懸浮是借助攪拌器的作用，使固體顆粒懸浮在液體中，形成固液混合物或懸浮液。均勻懸浮的主要控制因素是循環(huán)速率及湍流強(qiáng)度，其中容積循環(huán)速率又往往是的因素。固液懸浮操作以渦輪式攪拌器使用范圍，其中以開啟式渦輪，它沒有中間圓盤，不致阻礙槳葉上下的液相混合。彎葉、斜葉開式渦輪的優(yōu)點(diǎn)更突出，它的排出性能好，槳葉不易磨損，用于固液懸浮操作更合適。通常采用寬葉的開啟式四斜葉渦輪式攪拌器，容器底為錐形時(shí)，其尺寸為：df/D=0.4～0.5，C/d=0.5，H/D=1；碟形時(shí)d/D=0.4。如固液密度差較小時(shí)，也可采用標(biāo)準(zhǔn)的開啟式四斜葉渦輪式攪拌器；若含固量很高，且固液密度差較小時(shí)，可采用平槳；若混合液黏度低于0.4Pa.s，特別是0.1Pa.s以下，固液密度差小，含固量低，可用推進(jìn)式，并在湍流區(qū)全擋板條件下操作，其參數(shù)可取d/D=0.33， C/d=1，H/D=1。對(duì)懸浮體系，當(dāng)密度差小，且只要求懸浮物離開罐底而不必均勻懸浮時(shí)，攪拌轉(zhuǎn)．速也不必太大，可用底擋板；當(dāng)密度差大，發(fā)酵罐攪拌器增創(chuàng)優(yōu)勢(shì)，并要求均勻懸浮時(shí)，攪拌轉(zhuǎn)速較高，應(yīng)采用底擋板和壁擋板；如懸浮物易黏附在擋板上，可采用導(dǎo)流筒。對(duì)帶纖維的固體懸浮可選用后彎式渦輪攪拌器。固液懸浮采用長(zhǎng)薄葉螺旋槳等也是不錯(cuò)的選擇。

對(duì)于固體懸浮，其攪拌難度取決于懸浮粒子的沉降速度。懸浮程度與顆粒的沉降速度成反比，即攪拌轉(zhuǎn)速愈高，直徑愈大，顆粒的沉降速度愈小，獲得的攪拌程度愈高。