攪拌器放大中的流體切應(yīng)變速率

切應(yīng)變速率是速度隨位置的變化率，由速度分布圖很容易轉(zhuǎn)化成切應(yīng)變速率分布圖。對(duì)于切應(yīng)變速率，重要的是其大值和平均值。

大量的研究表明，攪拌器中的大切應(yīng)變速率與轉(zhuǎn)速和攪拌器直徑均成正比，而平均切應(yīng)變速率僅與轉(zhuǎn)速成正比，但幾乎不受攪拌器直徑變化的影響。因此，轉(zhuǎn)速增大，平均切應(yīng)變速率和大切應(yīng)變速率均增大；當(dāng)轉(zhuǎn)速一定，攪拌器直徑增大時(shí)，大切應(yīng)變速率將增大，而平均切應(yīng)變速率保持不變?！　∫蚨鴰缀蜗嗨品糯蠛螅ū３謫挝惑w積功率不變，轉(zhuǎn)速下降，直徑增加），攪拌器大切應(yīng)變速率增加，而平均切應(yīng)變速率下降，見(jiàn)下圖。這也是放大后，造成大釜行為顯著變化的主要原因。

對(duì)于氣液過(guò)程，表觀氣體速率和單位體積攪拌功率是關(guān)聯(lián)氣液質(zhì)量傳遞系數(shù)的有效參數(shù)，這些關(guān)系式相對(duì)來(lái)說(shuō)獨(dú)立于攪拌器規(guī)模。

當(dāng)一種外加流體與正在容器內(nèi)流動(dòng)的流體混合時(shí)，混合時(shí)間與容器內(nèi)的循環(huán)時(shí)間直接相關(guān)，對(duì)于這種混合過(guò)程，如果維持單位體積流體的攪拌器排液量恒定，單位體積攪拌功率將隨釜徑的平方關(guān)系增加，這樣隨著攪拌器的放大，功率增加的幅度是不現(xiàn)實(shí)的，所以隨著攪拌器的放大，循環(huán)時(shí)間常常必須增加。

對(duì)于固體懸浮過(guò)程，描述方法可以有離底懸浮和完全均勻，單位體積功相等可以近似作為放大過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)。

高固體含量的淤漿體系通常呈現(xiàn)很強(qiáng)的假塑性，隨著過(guò)程的放大，單位體積功有所下降。

攪拌器中旋轉(zhuǎn)軸的安裝設(shè)計(jì)

攪拌器中的旋轉(zhuǎn)軸按安裝位置可細(xì)分為傳動(dòng)軸和攪拌軸。變速器出口側(cè)為傳動(dòng)軸，攪拌器相連的稱(chēng)攪拌軸，兩者通過(guò)聯(lián)軸器成為一個(gè)整體攪拌軸（通常情況下，選用單支點(diǎn)機(jī)架時(shí)，一般采用釜外帶短節(jié)聯(lián)軸器將攪拌軸與變速器出口側(cè)傳動(dòng)軸相連；采用雙支點(diǎn)機(jī)架時(shí)，攪拌軸常與機(jī)架中間短軸相連），習(xí)慣上則統(tǒng)稱(chēng)為攪拌軸。攪拌軸的軸徑大多通過(guò)計(jì)算確定，其大小不僅要滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，還應(yīng)滿(mǎn)足剛度要求。

攪拌軸剛度除與軸徑大小有關(guān)外，還取決于軸的支承情況，即與所采用的機(jī)架型式、聯(lián)軸器型式、變速器結(jié)構(gòu)，以及是否采用底軸承或中間軸承等密切相關(guān)。

按支承情況，攪拌軸可分為懸臂式和單跨式。懸臂式攪拌軸在攪拌器內(nèi)部不設(shè)置中間軸承或底軸承，因而維護(hù)檢修方便，特別對(duì)潔凈度要求較高的生物、食品或藥品攪拌器，減少了器內(nèi)的構(gòu)件，故應(yīng)優(yōu)先選用。

黏彈性流體對(duì)攪拌器的影響

黏彈性流體行為可以對(duì)攪拌器的混合作用產(chǎn)生巨大的負(fù)效應(yīng)。黏彈性流體的典型特征是具有法向應(yīng)力差、彈性回縮、應(yīng)力突增(Overshoot)現(xiàn)象。這些特征可以顯著地影響混合行為。黏彈性流體流場(chǎng)中力學(xué)特征明顯地不同于其他流體。

對(duì)于牛頓流體，由于攪拌的離心作用，流體在攪拌器內(nèi)呈漩渦狀；與此相反，黏彈性流體在攪拌過(guò)程中明顯的特性是具有彈性。

彈性是材料在受力形變時(shí)試圖維持原來(lái)的形狀或形變?cè)噲D恢復(fù)原來(lái)的形狀的一個(gè)特性。因此在攪拌操作中，彈性使材料試圖維持原來(lái)的形狀而不產(chǎn)生混合。黏彈性流體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，總是產(chǎn)生垂直于剪切面的法向應(yīng)力差，該法向應(yīng)力差會(huì)引發(fā)二次流，促使攪拌器中的流體產(chǎn)生爬桿現(xiàn)象——Weissenberg效應(yīng)，即由攪拌器葉片端部吸入流體，軸流式攪拌器務(wù)實(shí)發(fā)展，沿?cái)嚢栎S方向排出。

1974年，Ulblecht曾對(duì)有關(guān)圓球、圓盤(pán)和攪拌器在黏彈性流體中旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的二次流流型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)表明：球在無(wú)彈性流體中旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于慣性力使流體沿?cái)嚢栎S吸入，再在球表面由慣性?huà)伋?，形成軸向循環(huán)，然而在彈性強(qiáng)的黏彈性流體中，由于法向應(yīng)力的存在會(huì)產(chǎn)生相反方向的流動(dòng)，當(dāng)兩種力剛好平衡時(shí)，會(huì)在球表面形成一個(gè)孤立的漩渦，在此漩渦內(nèi)的流體與釜內(nèi)其余流體不混合。 在黏彈性流體的攪拌中，使用螺桿-導(dǎo)流筒、錨式、框式攪拌器，是比較合適的。

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