黏弹性流体对搅拌器的影响

　　黏弹性流体行为可以对搅拌器的混合作用产生巨大的负效应。黏弹性流体的典型特征是具有法向应力差、弹性回缩、应力突增(Overshoot)现象。这些特征可以显著地影响混合行为。黏弹性流体流场中力学特征明显地不同于其他流体。

　　对于牛顿流体，甘孜藏族自治州搅拌器，由于搅拌的离心作用，流体在搅拌器内呈漩涡状；与此相反，黏弹性流体在搅拌过程中明显的特性是具有弹性。

　　弹性是材料在受力形变时试图维持原来的形状或形变试图恢复原来的形状的一个特性。因此在搅拌操作中，弹性使材料试图维持原来的形状而不产生混合。黏弹性流体在运动时，总是产生垂直于剪切面的法向应力差，该法向应力差会引发二次流，促使搅拌器中的流体产生爬杆现象——Weissenberg效应，化工搅拌器，即由搅拌器叶片端部吸入流体，沿搅拌轴方向排出。

　　1974年，Ulblecht曾对有关圆球、圆盘和搅拌器在黏弹性流体中旋转时产生的二次流流型进行了实验研究，实验表明：球在无弹性流体中旋转时，由于惯性力使流体沿搅拌轴吸入，再在球表面由惯性抛出，形成轴向循环，然而在弹性强的黏弹性流体中，由于法向应力的存在会产生相反方向的流动，当两种力刚好平衡时，会在球表面形成一个孤立的漩涡，在此漩涡内的流体与釜内其余流体不混合。 在黏弹性流体的搅拌中，使用螺杆-导流筒、锚式、框式搅拌器，是比较合适的。

当插入挡板后，波面的凹陷消失，如图2-2中D1，此时周向速度大大减低，而径向速度和轴向速度都增加，有研究表明，插入挡板后，可使垂直循环流速为无挡板时的4倍。

　　推进式叶轮所造成的流动状态也有层流、过渡流以至湍流等，也因Re数大小而异。轴流型叶轮的排出流方式与径流型的不同，它的流型是在轴方向有很大的排出流量，特别是罐内有挡板或导流筒后，水平回转流更弱，主要是轴向的上下循环流。轴流型叶轮与径流型叶轮相比，前者可以在消耗动力较小的情况下获得较大的循环流量。

　　高黏度液体的流动状态与低黏度液体是不同的。当液体处在高黏度时，多为层流流动。这时仅在叶轮的近旁才发生液体的流动，离开叶端一段距离则液体的流速就急速降低，直至仍然保持静止状态。由于Re数的降低。这时轴附近的“固体回转部”几乎不存在，而罐内流动型式和搅拌叶轮的运动轨迹有直接关系如图2-5。如锚式叶轮在层流时所造成的基本上是水平方向的回转涡流。螺杆式使流体螺旋下降（或上升）为主，加上导流筒后，就可形成筒内外的上下循环流。双螺带式能够使液体产生较复杂的四周螺旋上升再沿搅拌轴下降的流动型式。　　

为区分叶轮排演的流向特点，根据主要排液方向将典型叶轮分成径流型和轴流型两种。平叶的桨式、涡轮式是径流型，螺旋面叶片的螺杆式、推进式是轴流型。折叶桨则居于两者之间，一般认为它更接近于轴流型。不过这种分法是近似的，是以主要流向来分的。

　　搅拌雷诺数是搅拌罐内液体流动状态的一种量度。图2—2形象地表示了八平直叶涡轮和螺带式叶轮在不同雷诺数下，搅拌罐内的液体的流动状态。

　　对于涡轮式叶轮，若叶轮转速很低，在Re不大于10的区域，仅叶轮周围韵液体随叶轮旋转，而远离叶轮的液体是停滞的，如图中-A1所示，因而混合效果很差，混合时间也非常长，见虚线(1)。在此区内，液体的流动是层流，叶轮旋转的阻力主要是黏滞阻力。因而N与Re成反比，如曲线(2)。叶轮旋转引起的离心效应可忽略不计，排出流量，见曲线(3)。

　　当Re增加到大于10，涡轮式叶轮旋转所产生的离心力就不可忽视。此离心力产生了排出流量，使角动量传递到远处的液体。这样远离叶轮的液体开始流动，而使Nv- Re曲线偏离曲线(2)的延伸线。在此区内，如曲线(3)所示，曲线上升的坡度很陡，混合大为改善，立式搅拌器，但在靠近叶轮上下部分仍然出现环形的停滞流区。

　　当Re数增加到数百，涡轮式叶轮周围的液流变成湍流。在区域c，排出流量显著增加，曲线(3)达到了大值。在区域A和B中观察副的停滞区已消失。Re进一步增加，湍流域逐渐扩大，直至终湍流域占完全优势。因此区域c是一个层流和湍流共存的过渡区。

　　在无挡板时，在Re约为90的过渡流域，涡轮式叶轮的排出流达到大值；而在有挡板时，排出流量在湍流域达到大。

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