攪拌器中的三種基本流型

攪拌器的流型與攪拌效果、攪拌功率的關(guān)系十分密切，攪拌器的改進(jìn)和新型攪拌器的開發(fā)往往從流型著手。釜內(nèi)的流型主要取決于攪拌方式、攪拌器、容器形狀、擋板等幾何特征，以及流體性質(zhì)、轉(zhuǎn)速等因素。對(duì)于工業(yè)上應(yīng)用多的立式圓筒攪拌器頂插式中心安裝，攪拌將產(chǎn)生三種基本流型。

(1)徑向流流體的流動(dòng)方向垂直于主軸沿徑向流動(dòng)，碰到容器壁面分成兩股流體分別向上、向下流動(dòng)，再回到葉端，不穿過葉片形成上、下兩個(gè)循環(huán)流動(dòng)，見圖5-2 (a)。攪拌器的圓盤是產(chǎn)生徑向流的主要原因。

(2)軸向流流體的流動(dòng)方向平行于主軸，流體由槳葉推動(dòng)，使流體向下流動(dòng)，碰到器底再翻上，形成上下循環(huán)流，見圖5-2(b)。軸向流的產(chǎn)生是由于流體對(duì)旋轉(zhuǎn)葉片產(chǎn)生的升力的反作用力引起的。

(3)切向流無擋板的容器內(nèi)，流體繞軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，流速高時(shí)。液體表面會(huì)形成漩渦，如圖5—2(c)所示。此時(shí)流體從槳葉周圍周向卷吸至槳葉區(qū)的流量很小，混合效果很差。

上述三種流型通?？赡茉跀嚢杵髦型瑫r(shí)存在，其中軸向流與徑向流對(duì)混合起主要作用，而切向流應(yīng)如以抑制。采用擋板可削弱切向流，增強(qiáng)軸向流和徑向流作用。

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，漿池?cái)嚢杵髡\信服務(wù)，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)試圖維持原來的形狀或形變?cè)噲D恢復(fù)原來的形狀的一個(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，沿?cái)嚢栎S方向排出。

1974年，Ulblecht曾對(duì)有關(guān)圓球、圓盤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，再在球表面由慣性拋出，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。

攪拌器附件——導(dǎo)流筒

導(dǎo)流筒是種非常重要的攪拌器附件，導(dǎo)流筒主要用于推進(jìn)式、螺桿式攪拌器的導(dǎo)流，渦輪式攪拌器有時(shí)也用導(dǎo)流筒。導(dǎo)流筒是一個(gè)圓筒形，緊包圍著葉輪?？梢员闳~輪排出的液體在導(dǎo)流筒內(nèi)部與外部（導(dǎo)流筒與罐的環(huán)隙內(nèi)）形成上下的循環(huán)流動(dòng)。應(yīng)用導(dǎo)流筒可使流型得以嚴(yán)格控制，還可得到高速渦流和高倍循環(huán)。導(dǎo)流筒可以為液體限定一個(gè)流動(dòng)路線，防止短路；也可迫使流體高速流過加熱面，利于傳熱。對(duì)于混合和分散過程，導(dǎo)流筒也都能起到強(qiáng)化作用。根據(jù)推進(jìn)式、螺桿式攪拌器的旋向和轉(zhuǎn)向，可使液體有不同的循環(huán)方向。較多的流向是導(dǎo)流筒內(nèi)液體向下，外面環(huán)隙內(nèi)液體向上。在渦輪式攪拌器所用的導(dǎo)流筒內(nèi)側(cè)，設(shè)有與槳葉同等數(shù)目或更多的折葉片，折葉角度隨操作目的而異，例如氣-液相操作中，折葉使氣-液相在導(dǎo)流筒內(nèi)向下流動(dòng)；在固-液相操作中，折葉使固-液相在導(dǎo)流筒內(nèi)向動(dòng)。

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