攪拌器中(zhong)的依時性非牛頓流體介紹

攪(jiao)拌(ban)器中許多(duo)實際流體不(bu)能簡單地(di)用(yong)公(gong)式或(huo)方程式來描述。這(zhe)是因為(wei)這(zhe)些(xie)復雜流體的黏度不(bu)僅與切應變速(su)率(lv)有關，還與剪(jian)切施加的時間(jian)有關。這(zhe)就(jiu)是依時性(xing)(xing)非牛頓流體，這(zhe)種流體可以分成兩(liang)類：觸變性(xing)(xing)流體和震凝(ning)性(xing)(xing)流體。

(1)觸變(bian)性流體，觸變(bian)是指在恒(heng)定的(de)(de)切(qie)應(ying)變(bian)速(su)(su)(su)(su)率(lv)(lv)下切(qie)應(ying)力隨時(shi)(shi)(shi)(shi)間下降的(de)(de)流體行為(wei)，如攪(jiao)拌器(qi)(qi)的(de)(de)攪(jiao)動變(bian)稀，靜(jing)止(zhi)變(bian)稠等行為(wei)。通常認為(wei)這種現象(xiang)產生于(yu)結構或(huo)節(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)隨時(shi)(shi)(shi)(shi)間的(de)(de)破(po)(po)壞(huai)或(huo)解節(jie)(jie)。這種結構破(po)(po)壞(huai)的(de)(de)速(su)(su)(su)(su)率(lv)(lv)與可破(po)(po)壞(huai)的(de)(de)節(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)的(de)(de)數量(liang)有關，隨著節(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)的(de)(de)破(po)(po)壞(huai)，反(fan)應(ying)釜攪(jiao)拌器(qi)(qi)，節(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)重構的(de)(de)速(su)(su)(su)(su)率(lv)(lv)開始增加(jia)，后會(hui)達到動態平衡(heng)。達到平衡(heng)后流體可能(neng)呈(cheng)現純黏或(huo)黏彈。有時(shi)(shi)(shi)(shi)，也可能(neng)不存在平衡(heng)點(dian)(dian)(dian)，或(huo)結構重構需要(yao)很長時(shi)(shi)(shi)(shi)間。此時(shi)(shi)(shi)(shi)，如果先以(yi)恒(heng)定的(de)(de)速(su)(su)(su)(su)度增加(jia)切(qie)應(ying)變(bian)速(su)(su)(su)(su)率(lv)(lv)，然后再以(yi)恒(heng)定的(de)(de)速(su)(su)(su)(su)度降低切(qie)應(ying)變(bian)速(su)(su)(su)(su)率(lv)(lv)，其切(qie)應(ying)力和切(qie)應(ying)變(bian)速(su)(su)(su)(su)率(lv)(lv)之間的(de)(de)關系會(hui)出(chu)現一(yi)個滯后環(huan)(huan)，環(huan)(huan)面積越大，其依(yi)時(shi)(shi)(shi)(shi)性越強。

非(fei)自流性涂料、印刷油(you)(you)墨、番茄(qie)醬(jiang)、奶油(you)(you)色拉(la)、酸乳酪和(he)石(shi)油(you)(you)鉆探泥(ni)漿等流體都顯示(shi)觸變(bian)性。

(2)震凝(ning)性流體 震凝(ning)是(shi)(shi)指在恒定的(de)切應(ying)變(bian)速率(lv)下切應(ying)力隨(sui)(sui)時間(jian)(jian)增加的(de)流體行為(wei)，如攪(jiao)拌器猛烈攪(jiao)拌即(ji)行凝(ning)結(jie)就屬于震凝(ning)。通(tong)(tong)常認為(wei)這種現象(xiang)產生于結(jie)構(gou)或節(jie)點隨(sui)(sui)時間(jian)(jian)的(de)形(xing)成(cheng)。而(er)且當(dang)切應(ying)變(bian)速率(lv)達到(dao)一定程(cheng)度時，這種結(jie)構(gou)的(de)形(xing)成(cheng)不再繼續進(jin)行，而(er)結(jie)構(gou)的(de)解(jie)(jie)節(jie)將發(fa)(fa)生。但是(shi)(shi)有(you)時人們也發(fa)(fa)現，有(you)些流體受剪(jian)切時只(zhi)發(fa)(fa)生結(jie)構(gou)形(xing)成(cheng)，而(er)停止剪(jian)切時結(jie)構(gou)開始(shi)緩慢瓦解(jie)(jie)。震凝(ning)通(tong)(tong)常只(zhi)發(fa)(fa)生在中等切應(ying)變(bian)速率(lv)下；在攪(jiao)拌器高切應(ying)變(bian)速率(lv)下，結(jie)構(gou)通(tong)(tong)常不會(hui)形(xing)成(cheng)。

膨潤黏土(tu)液是具有震凝的流(liu)體。

化工攪(jiao)拌器(qi)中高(gao)黏流(liu)體的刮壁傳熱

在(zai)(zai)化工(gong)(gong)領域(yu)，高(gao)(gao)黏(nian)度流(liu)體(ti)的處(chu)理(li)比較常見，在(zai)(zai)處(chu)理(li)高(gao)(gao)黏(nian)流(liu)體(ti)時(shi)，目前廣泛采用(yong)的推進式、槳式和渦輪(lun)式等化工(gong)(gong)攪拌器(qi)工(gong)(gong)作效率不高(gao)(gao)，若選(xuan)用(yong)錨(mao)式化工(gong)(gong)攪拌器(qi)則(ze)會出現近壁面(mian)溫度不均(jun)勻(yun)等現象。因此，通常使(shi)用(yong)螺(luo)帶(dai)式和螺(luo)桿式加導流(liu)筒處(chu)理(li)高(gao)(gao)黏(nian)流(liu)體(ti)，但(dan)有時(shi)傳(chuan)熱(re)(re)效果并(bing)不明顯，尤(you)其是生(sheng)產(chan)高(gao)(gao)分子聚合(he)(he)物(wu)時(shi)，往(wang)往(wang)會在(zai)(zai)釜壁產(chan)生(sheng)黏(nian)釜物(wu)，赤峰(feng)攪拌器(qi)，而這些(xie)黏(nian)釜物(wu)可大(da)大(da)降低傳(chuan)熱(re)(re)效果。如懸浮法(fa)生(sheng)產(chan)PVC時(shi)，僅0.1MM厚的黏(nian)釜物(wu)，就(jiu)能使(shi)傳(chuan)熱(re)(re)總系(xi)數減少35%。而在(zai)(zai)用(yong)連續溶液法(fa)或本體(ti)法(fa)生(sheng)產(chan)聚合(he)(he)物(wu)時(shi)，產(chan)生(sheng)的黏(nian)釜物(wu)遠(yuan)大(da)于(yu)0.1mm，甚至達到十(shi)多毫米厚，近似(si)于(yu)絕熱(re)(re)操作。

發生(sheng)這種(zhong)情(qing)況(kuang)的(de)(de)主要(yao)原因是(shi)：處理高黏(nian)流(liu)體時(shi)，化(hua)(hua)工攪拌(ban)(ban)器(qi)的(de)(de)攪拌(ban)(ban)轉速通常很低，普通葉輪造成流(liu)體的(de)(de)移(yi)動僅能擴展至(zhi)很短(duan)的(de)(de)距離，因而不足以克服流(liu)體的(de)(de)黏(nian)性力，于是(shi)傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)面(mian)就黏(nian)有一(yi)層相當厚(hou)的(de)(de)高黏(nian)流(liu)體。要(yao)提高傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)系數必須將(jiang)這層黏(nian)釜(fu)物(wu)刮(gua)(gua)除，即采用刮(gua)(gua)壁(bi)式(shi)化(hua)(hua)工攪拌(ban)(ban)器(qi)來減(jian)薄其熱(re)邊界層黏(nian)釜(fu)物(wu)厚(hou)度(du)，以強化(hua)(hua)傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)，并(bing)由此倡導了(le)刮(gua)(gua)壁(bi)式(shi)傳(chuan)(chuan)(chuan)熱(re)學理論。

罐中液體的(de)(de)(de)循環流動(dong)是(shi)達(da)到物料混合所的(de)(de)(de)流動(dong)狀態(tai)，而湍流擴散、剪切流又是(shi)某些攪拌過(guo)程快速進行達(da)到攪拌目的(de)(de)(de)所需要的(de)(de)(de)。雖然某種(zhong)合適(shi)的(de)(de)(de)流動(dong)狀態(tai)也要靠攪拌罐及其他(ta)附件(jian)來共同造成，但是(shi)葉輪(lun)的(de)(de)(de)形狀與運轉情(qing)況(kuang)仍可以說是(shi)決定(ding)罐內流動(dong)狀態(tai)的(de)(de)(de)基本的(de)(de)(de)因(yin)素。

各種攪拌葉(xie)(xie)(xie)輪(lun)形(xing)狀按攪拌器的(de)運動(dong)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)葉(xie)(xie)(xie)輪(lun)表(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)角度(du)可分(fen)為(wei)(wei)(wei)三類，即平葉(xie)(xie)(xie)、折葉(xie)(xie)(xie)和螺(luo)(luo)(luo)(luo)旋面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)葉(xie)(xie)(xie)。槳式(shi)(shi)、渦輪(lun)式(shi)(shi)、錨(mao)式(shi)(shi)、框式(shi)(shi)等的(de)葉(xie)(xie)(xie)輪(lun)都是平葉(xie)(xie)(xie)或(huo)折葉(xie)(xie)(xie)，而推進(jin)式(shi)(shi)、螺(luo)(luo)(luo)(luo)桿式(shi)(shi)、螺(luo)(luo)(luo)(luo)帶(dai)式(shi)(shi)的(de)葉(xie)(xie)(xie)輪(lun)則為(wei)(wei)(wei)螺(luo)(luo)(luo)(luo)旋面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)葉(xie)(xie)(xie)。　　平葉(xie)(xie)(xie)的(de)槳面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)與(yu)運動(dong)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)垂直，即運動(dong)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)槳面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)法(fa)線方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)一(yi)(yi)致。折葉(xie)(xie)(xie)的(de)槳面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)與(yu)運動(dong)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)個傾斜角度(du)；一(yi)(yi)般(ban)這(zhe)個傾斜角度(du)為(wei)(wei)(wei)45或(huo)60度(du)等。螺(luo)(luo)(luo)(luo)旋面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)葉(xie)(xie)(xie)是連續的(de)螺(luo)(luo)(luo)(luo)旋面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)成(cheng)(cheng)其(qi)中一(yi)(yi)部分(fen)，葉(xie)(xie)(xie)片(pian)曲(qu)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)與(yu)運動(dong)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)角度(du)逐漸變化，如推進(jin)式(shi)(shi)葉(xie)(xie)(xie)片(pian)的(de)根部曲(qu)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)與(yu)運動(dong)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)一(yi)(yi)般(ban)可為(wei)(wei)(wei)40-70度(du)，而其(qi)葉(xie)(xie)(xie)端的(de)曲(qu)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)與(yu)運動(dong)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)角度(du)較小，一(yi)(yi)般(ban)為(wei)(wei)(wei)17度(du)左(zuo)右。　　由于平葉(xie)(xie)(xie)的(de)運動(dong)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)槳面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)垂直，所以當葉(xie)(xie)(xie)輪(lun)低(di)速(su)運轉時(shi)，液(ye)體的(de)主(zhu)要流動(dong)為(wei)(wei)(wei)水平環向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)流動(dong)。

當葉(xie)(xie)輪(lun)轉速(su)增(zeng)大時(shi)，不銹(xiu)鋼(gang)攪拌器，液(ye)體(ti)的(de)(de)徑(jing)向(xiang)流動(dong)(dong)就漸(jian)漸(jian)增(zeng)大。葉(xie)(xie)輪(lun)轉速(su)愈(yu)高，絮凝池攪拌器，由平(ping)葉(xie)(xie)排出的(de)(de)徑(jing)向(xiang)流愈(yu)強。但只靠葉(xie)(xie)輪(lun)本身(shen)，它造成(cheng)的(de)(de)軸(zhou)向(xiang)流動(dong)(dong)還(huan)是很弱的(de)(de)。折葉(xie)(xie)由于槳面與運(yun)動(dong)(dong)方向(xiang)成(cheng)一定傾(qing)斜角(jiao)，所以在葉(xie)(xie)輪(lun)運(yun)動(dong)(dong)時(shi)，除有(you)水平(ping)環(huan)流外，還(huan)有(you)軸(zhou)向(xiang)分流。在葉(xie)(xie)輪(lun)轉速(su)增(zeng)大時(shi)，還(huan)有(you)漸(jian)漸(jian)增(zeng)大的(de)(de)徑(jing)向(xiang)流。螺(luo)旋面可以看成(cheng)是許多(duo)折葉(xie)(xie)的(de)(de)組合，這些折葉(xie)(xie)的(de)(de)角(jiao)度逐漸(jian)變化，所以螺(luo)旋面的(de)(de)流向(xiang)也有(you)水平(ping)環(huan)向(xiang)流、徑(jing)向(xiang)流和軸(zhou)向(xiang)流，其中(zhong)軸(zhou)向(xiang)流量(liang)大。