機械攪拌器中非依時性非牛頓流體

非依時性非牛頓流體是機械攪拌器中的常見流體，屬于非牛頓流體中的一種。

符合上面公式的流體稱之為純黏性非牛頓流體，或廣義牛頓流體，即流體在任何處的切應(yīng)變速率都是切應(yīng)力的函數(shù)。根據(jù)函數(shù)f(r)形式的不同，這種流體習(xí)慣上又可細分成三種類型：賓漢塑性流體、假塑性流體和脹塑性流體。

(1)賓漢塑性流體，在賓漢塑性流體的流動曲線上存在一個屈服應(yīng)力，在屈服之前，它呈現(xiàn)固體行為。一般認為賓漢塑的現(xiàn)象產(chǎn)生于材料的一種三維剛性，這種剛性結(jié)構(gòu)具有內(nèi)在應(yīng)力。當(dāng)材料承受的應(yīng)力小于屈服應(yīng)力時，這種三維結(jié)構(gòu)不足以被破壞，故不產(chǎn)生流動。但是當(dāng)外部施加的應(yīng)力大于屈服應(yīng)力時，這種三維剛性就被破壞，呈現(xiàn)牛頓流動行為。

機械攪拌器中呈現(xiàn)賓漢塑的常見流體有污水泥漿、油脂、油漆、牙膏、淤泥、蛋黃醬、含有固體顆粒的白堊等；許多濃懸浮液也有屈服值，貴陽攪拌器，如將大量二氧化鈦、碳酸鈣、氧化鐵等微粉混合入水中也可得賓漢塑性流體。

(2)假塑性流體，反應(yīng)釜攪拌器，假塑性流體沒有屈服應(yīng)力，其流變行為的主要特征是黏度隨切應(yīng)力的增加而下降。這類流體通?？梢杂妹苈煞匠堂枋觯ù藭r，又可稱為密律流體）。

在攪拌與混合技術(shù)中，研究得多的非牛頓流體是假塑性流體，具有這種流變行為的流體廣泛存在于機械攪拌器中，有聚合物、聚合物溶液、懸浮液、高分子溶液以及羧纖維素的水溶液等。

(3)脹塑性流體，脹塑性流體的行為類似于假塑性流體，也沒有屈服應(yīng)力。但是脹塑性流體的黏度隨切應(yīng)變速率的增加而增加。許多高濃度的固體懸浮液具有這種流動行為。當(dāng)這種懸浮液處于靜止時，固體間的孔隙，液體的量由這些小孔隙的空間決定；在低切應(yīng)變速率下，這些液體起著潤滑劑的作用，因此呈現(xiàn)的應(yīng)力也?。浑S著切應(yīng)變速率的增加，液體不足以潤滑結(jié)構(gòu)之間的相互作用，應(yīng)力急劇增加，所以呈現(xiàn)的黏度隨切應(yīng)變速率的增加而增加。

高黏度流體攪拌對機械攪拌器的要求

黏度是流體的一種屬性。它反映了流體運動時剪切應(yīng)力與剪切速度梯度的比值關(guān)系。所以黏度大小對流動狀態(tài)有很大的影響，也必然對機械攪拌器的攪拌過程有很大的影響。流體在管路中流動時，有層流、過渡流、湍流三種狀態(tài)，攪拌罐中也有這樣三種流動狀態(tài)，與管路中一樣決定這些狀態(tài)的是雷諾數(shù)Re，黏度是決定Re大小的主要參數(shù)之一。

在攪拌過程中，所謂黏度高低的說法并沒有嚴(yán)格的界限，一般所謂高低只是一個習(xí)慣的說法。大致以2500m Pa.s或10四次方mPa.s以上為高黏度．在此以下都可稱為低黏度。也有的只將100mPa.s以下稱為低黏度，中間又分出一個中等黏度的范疇。因為低黏度與中等黏度的液體在攪拌時流動狀態(tài)的區(qū)別不大，所以將其統(tǒng)稱為低黏度，以與高黏度液體相區(qū)別。關(guān)于目前常用的液體攪拌器所適用的黏度范圍，說法也不同。有的認為適用在2×10的五次方mPa.s以下，也有的認為可用到1x10的六次方mPa.s。這些說法都未提及其他指標(biāo)，所以也只能理解為一個大致的范圍。

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，防腐攪拌器，求解雷諾方程。可從理論上計算攪拌釜內(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，化工攪拌器，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) 的進步，用計算流體力學(xué)的方法對攪拌器內(nèi)流場進行數(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，用計算機進行模擬。