攪拌器中的流型流場介紹
攪拌器內(nèi)的流型取決于攪拌方式,攪拌器、釜、擋板等的幾何特征,流體性質(zhì)以及轉(zhuǎn)速等因素。在一般情況下,攪拌軸安裝在釜中心時,攪拌將產(chǎn)生三種基本流型:1.切向流;2.軸向流;3.徑向流。上述三種基本流型,通??赡芡瑫r存在。其中,軸向流與徑向流對混合起主要作用,而切向流應(yīng)加以抑制,可通過加入擋板削弱切向流,以增強軸向流與徑向流。
在無擋板的攪拌容器中,攪拌器偏心安裝可以獲得較好的攪拌效果。而在大型油釜中,若采用攪拌器側(cè)面插入安裝方式,通??色@得較好的釜內(nèi)整體循環(huán)。該場合若采用側(cè)面射流混合方式,也可得到相似的混合效果。
攪拌器內(nèi)進(jìn)行的是三維流動,且流動具有隨機性,因而其流動狀況非常復(fù)雜:對這種流動的研究方法有兩種,即試驗測量方法與數(shù)值模擬法。
流場的測量通常采用畢托管法、熱線流速計法、照相法、激光多普測速儀法和圖像分析法等測速技術(shù),可測出攪拌器內(nèi)任意點的時均速度與脈動速度。然后以描述湍 流的雷諾方程為基礎(chǔ),加上不同的方程封閉假定與過程的簡化假定,求解雷諾方程??蓮睦碚撋嫌嬎銛嚢韪獌?nèi)各點的速度:對釜內(nèi)各點的時均速度與脈動速度數(shù)據(jù)加以處理,可獲得攪拌釜內(nèi)的流型、速度分布、剪切速率分布、能耗速率分布等重要的流體力學(xué)特征量:
流場數(shù)值模擬測量攪拌器內(nèi)的流場的試驗裝置一般都很昂貴,且流場的測量是相當(dāng)費時的,故對于攪拌器往往只能實驗地獲得局部流場信息。近年來,隨著計算機技術(shù) 的進(jìn)步,用計算流體力學(xué)的方法對攪拌器內(nèi)流場進(jìn)行數(shù)值模擬的研究越來越多,從高黏層藏到低黏湍流,從兩維流場到三維流場都開展了大量研究計算。目前,已能對簡單的攪拌器和流變行為簡單的液體所形成的流動場,用計算機進(jìn)行模擬。
如何通過攪拌器攪拌高黏流體
工業(yè)生產(chǎn)中高黏度流體的使用日漸增多,防腐攪拌器,許多高分子聚合物都是高黏度流體,陽江攪拌器,它們很多又是非牛頓流體,在攪拌器的攪拌過程中黏度還會發(fā)生變化,因而對攪拌器的要求就更高,同時,也要求攪拌器能夠適應(yīng)黏度的變化而完成攪拌操作。
高黏流體的攪拌常泛指互溶的高黏度液體間的混合。但高黏流體攪拌在工業(yè)中也有分散、固體溶解、化學(xué)反應(yīng)等多種非均相操作。
攪拌器工作時,用攪拌器對低黏度互溶液造成湍流并不困難,但黏度達(dá)到較高水平后,由于黏滯力的影響,就只能出現(xiàn)層流狀態(tài)。尤其困難的是,這種層流也只能出現(xiàn)在攪拌器的附近,離槳葉稍遠(yuǎn)些地方的高黏度液體仍是靜止的。這樣就很難造成液體在攪拌器內(nèi)的循環(huán)流動,即在器內(nèi)會有死區(qū)存在,對混合、分散、傳熱、反應(yīng)等各種攪拌過程十分不利。所以,高黏度液體攪拌的首要問題就是要解決流體流動與循環(huán)的問題。在這種情況下,不能靠增大攪拌器的轉(zhuǎn)速來提高攪拌器的循環(huán)流量,因為流體黏度較高時,攪拌器排出的流量很少,轉(zhuǎn)速過高還會在高黏度溶液中形成溝流,而周圍液體仍為死區(qū)。較為有效的解決辦法是設(shè)法使攪拌器推動更大范圍的流體。因此,高黏度液體的攪拌器直徑與器內(nèi)徑之比、槳葉的寬度與器內(nèi)徑之比都要求比較大,有時還要求增加攪拌器的層數(shù),立式攪拌器,以增大攪拌范圍。
影響攪拌器輸入能量和流動場的主要因素
攪拌的過程其實就是通過攪拌器葉片的旋轉(zhuǎn)向內(nèi)容器內(nèi)的流體輸入機械能,使流體獲得合適的流動場,在流動場內(nèi)進(jìn)行動量、熱量、質(zhì)量的傳遞或者同時進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過程。因此,流動場和輸入能量總是設(shè)計與選用攪拌器時關(guān)心的問題,具體表現(xiàn)為:不同操作目的的攪拌過程就需要不同的流動場,搪瓷攪拌器,在攪拌過程中需要提供給流體以多大的能量;而各種攪拌器在不同的操作條件下能產(chǎn)生什么樣的流動場,供給多大的能量等一系列問題。攪拌器的選型和設(shè)計其實就是針對這種需要和可能的匹配。
下面我們來看看影響流動場和輸入能量的主要因素.
影響流動場和輸入能量的主要因素有以下三種。
1.攪拌器的結(jié)構(gòu)型式,主要與釜型、攪拌器和內(nèi)構(gòu)件的形狀及數(shù)量等有關(guān)。其中攪拌器和內(nèi)構(gòu)件的搭配方式產(chǎn)生的影響非常大。例如,對于低黏度流體,用一個八平葉槳式攪拌器進(jìn)行攪拌。在相同轉(zhuǎn)速下,有擋板時的輸入功率和排量分別是無擋板時的10倍和4倍。
此外,無檔板時流體的流動以水平環(huán)向流為主,而有擋板時則以軸向循環(huán)流為主。
2.攪拌器的轉(zhuǎn)速攪拌器的工作原理與泵的葉輪相同,所產(chǎn)生的壓頭與轉(zhuǎn)速N的平方成正比,提高攪拌器的轉(zhuǎn)速.即可提供較大的壓頭。
3.被攪物料的特性,主要包括密度、流變行為、表面張力、相分率以及分散相尺寸等。攪拌過程的特性特別強烈地取決于物料的流變特性,如黏度等。
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