






黏弹性流体兼有黏性液体与弹性固体的特性,能在变形后呈现弹性恢复,具有与非依时性和依时性这两类非牛顿流体的黏性效应。聚合物熔体和溶液是典型的黏弹性流体,在定态剪切下表现出前述纯黏性非牛顿流体的特性,而当剪切发生变化(包括扩大、收缩流和非定态流动)时则表现出弹性。黏弹性流体具有以下特异流动行为。
(1)爬杆效应(weissenberg效应),用搅拌器搅拌黏弹性流体时,转轴处的液面沿轴上升,离轴较远处的液面下降。这一行为与牛顿流体正好相反。为此在设计流体黏弹性较强的搅拌器时,旁人式搅拌器,应选择合适的搅拌器。否则,会因爬杆效应使流体全部包裹在搅拌器上,与搅拌轴同步旋转,从而使混合和传热等过程均不能正常进行。
(2)膨胀效应(barus效应),黏弹性流体从圆管或小孔中流出时有射流膨胀现象,此时流出液的大直径dmax可达圆管内径d的2~3倍。黏弹性流体的膨胀程度与所流经的圆管长度有关,圆管越长,膨胀程度越小;而当圆管充分长时,膨胀比b (b=dmax/d)会达到一定值。膨胀比在聚合物加工中是一重要现象,脱硫侧入式搅拌器,通过测量膨胀比可获得法向应力差的信息。
(3)记忆现象(又称弹性滞后),施加压力梯度使黏弹性流体在管内流动;当突然移去压力梯度,黏弹性流体将反向移动一段距离后才停止。
(4)反向次流,在液体中插入一旋转圆盘,形成的主流是切向流,山南地搅拌器,同时在转盘下方形成轴向次流。在牛顿流体中,次流的方向是轴中心处流体向上而四周流体向下;黏弹性流体则相反,轴心处流体向下而容器四周的流体向上运动。反向次流对搅拌器的搅拌、传质等操作是一个重要的影响因素。
搅拌器中的底挡板和指形挡板
在之前的文章中,我们介绍过搅拌器中的竖挡板,今天我们仅对底档板和指形挡板进行介绍。
一,底挡板
顾名思义,底挡板安装在搅拌釜的底部,如图8-3所示。它对促进固体悬浮很有效,可避免在搅拌器的底部形成固体颗粒堆积,因而一般用于搅拌固体粒子形成的悬浮液。
对于湍流操作,如图8-3 (a)所示的底部小挡板,挡板的参数为:d=0.5d; b=0.ld; h1=0.05d; w=0.1d; c=0.25d; e=0.5d。对于液液分散,当分散相的密度小
于连续相时(如把油分散于水),若使用的搅拌器直径太小,则在釜壁易产生浮油;若使用的搅拌器直径太大,则在釜的中部易产生浮油。建议采用如图8-3 (b)所示的轻液挡板,可获得好的分散效果。挡板的参数为:d=0.4d; b=0.05~0.1d;bw=0.07~0.1d; sb=0.5d; eb=0.5d。
二,指形挡板及其他型式的挡板
指形挡板(如图8-4所示)类似手指形状,多用于安装在三叶后掠式搅拌器的搪玻璃搅拌釜中。指形挡板比板式挡板节省搅拌功率,沥青侧入式搅拌器,亦能起到增加液体上下循环流的作用,有时指形挡板内可通入冷却水,可对搅拌器进行换热作用。一般情况下,指形挡板的设计参数为:管外径d=d/20;指形挡板宽度wf=0.1d;厚度x=0.04d;间距sf=0.2d;长度lf=0.17d;指形挡板与容器内壁间距sb=0.1d;指形挡板与容器底距离c=0.44d;管下端---的指形挡板长度l=0.06d。



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---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---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,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,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。



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