攪拌器中的依時性非牛頓流體介紹

攪拌器中許多實際流體不能簡單地用公式或方程式來描述。這是因為這些復雜流體的黏度不僅與切應變速率有關，還與剪切施加的時間有關。這就是依時性非牛頓流體，這種流體可以分成兩類：觸變性流體和震凝性流體。

(1)觸變性流體，觸變是指在恒定的切應變速率下切應力隨時間下降的流體行為，如攪拌器的攪動變稀，靜止變稠等行為。通常認為這種現(xiàn)象產(chǎn)生于結構或節(jié)點隨時間的破壞或解節(jié)。這種結構破壞的速率與可破壞的節(jié)點的數(shù)量有關，隨著節(jié)點的破壞，反應釜攪拌器，節(jié)點重構的速率開始增加，后會達到動態(tài)平衡。達到平衡后流體可能呈現(xiàn)純黏或黏彈。有時，也可能不存在平衡點，或結構重構需要很長時間。此時，如果先以恒定的速度增加切應變速率，然后再以恒定的速度降低切應變速率，其切應力和切應變速率之間的關系會出現(xiàn)一個滯后環(huán)，環(huán)面積越大，其依時性越強。

非自流性涂料、印刷油墨、番茄醬、奶油色拉、酸乳酪和石油鉆探泥漿等流體都顯示觸變性。

(2)震凝性流體 震凝是指在恒定的切應變速率下切應力隨時間增加的流體行為，如攪拌器猛烈攪拌即行凝結就屬于震凝。通常認為這種現(xiàn)象產(chǎn)生于結構或節(jié)點隨時間的形成。而且當切應變速率達到一定程度時，這種結構的形成不再繼續(xù)進行，而結構的解節(jié)將發(fā)生。但是有時人們也發(fā)現(xiàn)，有些流體受剪切時只發(fā)生結構形成，而停止剪切時結構開始緩慢瓦解。震凝通常只發(fā)生在中等切應變速率下；在攪拌器高切應變速率下，結構通常不會形成。

膨潤黏土液是具有震凝的流體。

化工攪拌器中高黏流體的刮壁傳熱

在化工領域，高黏度流體的處理比較常見，在處理高黏流體時，目前廣泛采用的推進式、槳式和渦輪式等化工攪拌器工作效率不高，若選用錨式化工攪拌器則會出現(xiàn)近壁面溫度不均勻等現(xiàn)象。因此，通常使用螺帶式和螺桿式加導流筒處理高黏流體，但有時傳熱效果并不明顯，尤其是生產(chǎn)高分子聚合物時，往往會在釜壁產(chǎn)生黏釜物，赤峰攪拌器，而這些黏釜物可大大降低傳熱效果。如懸浮法生產(chǎn)PVC時，僅0.1MM厚的黏釜物，就能使傳熱總系數(shù)減少35%。而在用連續(xù)溶液法或本體法生產(chǎn)聚合物時，產(chǎn)生的黏釜物遠大于0.1mm，甚至達到十多毫米厚，近似于絕熱操作。

發(fā)生這種情況的主要原因是：處理高黏流體時，化工攪拌器的攪拌轉速通常很低，普通葉輪造成流體的移動僅能擴展至很短的距離，因而不足以克服流體的黏性力，于是傳熱面就黏有一層相當厚的高黏流體。要提高傳熱系數(shù)必須將這層黏釜物刮除，即采用刮壁式化工攪拌器來減薄其熱邊界層黏釜物厚度，以強化傳熱，并由此倡導了刮壁式傳熱學理論。

罐中液體的循環(huán)流動是達到物料混合所的流動狀態(tài)，而湍流擴散、剪切流又是某些攪拌過程快速進行達到攪拌目的所需要的。雖然某種合適的流動狀態(tài)也要靠攪拌罐及其他附件來共同造成，但是葉輪的形狀與運轉情況仍可以說是決定罐內流動狀態(tài)的基本的因素。

各種攪拌葉輪形狀按攪拌器的運動方向與葉輪表面的角度可分為三類，即平葉、折葉和螺旋面葉。槳式、渦輪式、錨式、框式等的葉輪都是平葉或折葉，而推進式、螺桿式、螺帶式的葉輪則為螺旋面葉?！　∑饺~的槳面與運動方向垂直，即運動方向與槳面法線方向一致。折葉的槳面與運動方向成一個傾斜角度；一般這個傾斜角度為45或60度等。螺旋面葉是連續(xù)的螺旋面成其中一部分，葉片曲面與運動方向的角度逐漸變化，如推進式葉片的根部曲面與運動方向一般可為40-70度，而其葉端的曲面與運動方向的角度較小，一般為17度左右?！　∮捎谄饺~的運動方向與槳面垂直，所以當葉輪低速運轉時，液體的主要流動為水平環(huán)向的流動。

當葉輪轉速增大時，不銹鋼攪拌器，液體的徑向流動就漸漸增大。葉輪轉速愈高，絮凝池攪拌器，由平葉排出的徑向流愈強。但只靠葉輪本身，它造成的軸向流動還是很弱的。折葉由于槳面與運動方向成一定傾斜角，所以在葉輪運動時，除有水平環(huán)流外，還有軸向分流。在葉輪轉速增大時，還有漸漸增大的徑向流。螺旋面可以看成是許多折葉的組合，這些折葉的角度逐漸變化，所以螺旋面的流向也有水平環(huán)向流、徑向流和軸向流，其中軸向流量大。