非牛顿流体在搅拌槽中的传热(下)

三、非牛顿流体在搅拌槽中的传热 1.两种常用的关联方法 牛顿流体和非牛顿流体在搅拌槽中的传热机理基本上是相同的。对非牛顿流体来说,关键在于如何处理式(1)中的Re、Pr和η_b/η_w三者中的粘度值,以使牛顿流体和非牛顿流体可用统一的关联式来关联。由于搅拌功率一股用准数方程式N_p=K_p/Re~x来关联,对于关联非牛顿流体的搅拌功率,研究     

非牛顿流体和牛顿流体在搅拌槽内的传热研究

本文根据边界层理论,通过搅拌槽壁面扭矩与搅拌桨旋转扭矩近似相等的关系,提出非牛顿流体在搅拌槽传热阻力层的实际表观粘度的计算方法.使佐野雄二的给热系数关联式也能适用于不同桨型的非牛顿流体的给热系数计算,从而获得了同时适用于牛顿流体和非牛顿流体在装有各种桨型的搅拌槽壁侧给热系数的统一关联式:     

高粘度流体在机械搅拌槽中的传热

研究了高粘度牛顿流体和非牛顿流体在螺杆-导流筒、螺杆-导流筒-直管组两种搅拌体系中的传热行为。结果表明,设置导流筒和直管组后,对夹套侧的传热膜系数α_j没有明显影响,导流筒侧和直管组直管外侧的传热膜系数α_d和α_c都较α_j大,传热面积比夹套增加一倍左右,从而增强了搅拌槽的传热能力。在所有几何因素中,搅拌桨径 d和导流筒内径 D_(ti)对传热膜系数影响最大。搅拌桨的转向对传热无明显影响。分析了传热关联式中 Re的方次的变化情况。用因次分析和回归分析得到的夹套、导流筒和直管组传热面的传热关联式和文献结果吻合甚好。     

非牛顿流体的搅拌功率(上)

绝大部分聚合物都是在搅拌釜内生产的,其中不少属于非牛顿流体。对该流体在搅拌釜中的行为的研究,大致有如下内容:搅拌功率,自从Metzner等人发表有关文章以来,这方面的研究极为踊跃;传热问题;混匀时间。     

微/小通道内非牛顿流体多相流动与传热研究展望

概述了微/小尺度非牛顿流体多相流动与传热现象。在评述国内外已有文献的基础上,从实验研究与数值模拟二方面介绍了非牛顿流体管内多相流动与传热研究的现状、存在的问题。总结了微小通道内非牛顿流体多相流动与传热研究领域中若干值得探索的研究切入点,提出了若干值得探索的研究内容。讨论了非圆截面微通道试验器件的设计与加工、流动可视化与流型采集、流动参数测量、数值模拟等关键技术解决思路,给出了微/小通道内非牛顿流体的绝热气液二相流动可视化实验、流动沸腾传热及可视化实验设计方案,可为深入探索微/小尺度非牛顿流体管内多相流动与传热特性提供参考和借鉴。     

假塑性流体搅拌槽内停留时间分布

在直径φ500 mm和高350 mm的无挡板半球底有机玻璃槽中,采用45°斜叶桨研究了流量、搅拌功率、全槽平均表观牯度和物料流变特性对停留时间分布(RTD)的影响.结果表明,对于假塑性流体(流变指数为0.654)和牛顿流体,流量对RTD的影响两者差别不大,搅拌功率的增加更容易改变假塑性流体的RTD,使其更趋于全混流;对于牛顿流体,当搅拌功率大到一定程度后,再增加搅拌功率收效不大.假塑性流体的相对全混釜数随着全槽平均表观粘度的增加而增加,在全槽平均表观粘度相同时,假塑性流体的相对全混釜效大于牛顿流体,随着流体假塑性的增强,假塑性流体与牛顿流体相对全混釜数的差值显著增大.     

卧式双轴T型搅拌器在非牛顿流体中的搅拌功率特性

考察了卧式双轴Ｔ型搅拌在非牛顿流体中的搅拌功率与表观雷诺数（Ｒｅ＾＊）、弗劳德数（Ｆｒ）以及加料量的变化关系,实验结果表明：Ｍｅｔｚｎｅｒ常数Ｋｓ随加料量的减少而急剧增加;在层流区域,Ｎｐ．Ｒｅ＝Ｋｐ关系仍然成立且非牛顿流体功率曲线与牛顿流体重合。对实验数据进行关联得到了非牛顿流体搅拌功率准数关联式。     

非牛顿流体研究进展及发展趋势

鉴于非牛顿流体在工业生产和日常生活中占有重要地位,详细总结了近两年来国内外非牛顿流体在各个研究领域内的研究近况,对非牛顿流体今后的研究趋势作了预测。最近,国内外对非牛顿流体的研究主要集中在非牛顿流体流变特性、非牛顿流体气液两相流流动、非牛顿流体的传质和传热以及非牛顿流体数值模拟方法等8个方面。今后,在对非牛顿流体研究的众多内容中,其首要解决的问题是非牛顿流体微观结构和流变特性的相互关系,流动规律准确的数值模拟以及非牛顿流体的新机能及相关设备的开发。     

聚合反应工程——第5章 非牛顿流体的传递过程(四)

5.4 非牛顿流体在搅拌釜内的传热 5.4.1 一般传热关联式 在对搅拌聚合釜进行设计放大时,传热是一个重要问题。搅拌釜通常采用冷却夹套或其他内冷构件(如内冷管、导流筒、中空内冷搅拌桨叶等)移热。在湍流域操作时,常以内冷直管或盘管作内冷构件,直管还兼具挡板作用;在层流域和过渡流域操作时,多用螺轴-导流筒搅拌器,这时把导流筒设计成传热面,也有以中空内冷搅拌桨叶作为内冷构件的。     

非牛顿流体中的气泡行为

非牛顿流体广泛存在于各学科领域（如化工、食品和生物医学等）,也与许多工业过程及人类的生命过程密切相关。非牛顿流体中的气泡行为直接影响流体传质、传热及化学过程的快慢。因此,了解和研究非牛顿流体中的气泡行为具有重要意义。本文分别从气泡生成、聚并和破裂3个方面对非牛顿流体中气泡行为的研究进展进行评述。     

搅拌槽中垂直列管外壁的传热膜系数分布

在一内径为 12 0 0mm容积为 1.5m3 的搅拌槽中 ,使用CBY螺旋桨、 4 5°斜叶桨和六直叶涡轮桨 ,对牛顿流体采用量热法 ,研究了列管外壁的局部传热膜系数的分布情况。实验结果表明 ,对轴向流桨和径向流桨 ,列管外壁的局部传热膜系数有不同的分布 ;列管外壁各点的局部传热膜系数均与ε0 .197成正比。此外 ,文中还研究了桨叶离底距离、桨径等因素对列管外壁局部传热膜系数的影响。     

聚合反应工程——第5章 非牛顿流体的传递过程(二)

5.2 非牛顿流体的搅拌功率 在高分子材料等工业生产中,经常需操作属非牛顿性流体的物料,因而对非牛顿流体搅拌功率的计算,为化学工程技术人员所广泛重视。 对牛顿流体的搅拌功率,一般可关联为     

螺带桨搅拌槽内给热系数和所需功率的研究

本文详细研讨了螺带桨搅拌槽内给热系数及其与所需功率的关系.研究中使用了4个不同几何尺寸的螺带装以及8种不同稠度的假塑性非牛顿流体和高粘度牛顿流体.结果表明:在雷诺数小于0.1时,试验流体在槽内的给热系数与浆叶几何尺寸有关.通过回归分析法得到了4个对应于各螺带桨的给热系数关联式;雷诺数大于10时,给热系数和搅拌浆几何尺寸无关,从而得出一个适用于不同螺带浆的共同关联式.实验还研究了给热系数和所需搅拌功率的关系,并用多项式回归法得到了整个实验雷诺数范围的传热-搅拌功率关联式.     

场协同理论在聚合物加工中的应用

对场协同强化传热理论在聚合物加工中的应用进行了探索性研究。采用数值计算方法分析了聚合物塑化系统中不同螺杆结构的流动与传热特性,对螺纹元件、Maddock元件、销钉元件进行了传热分析,验证了场协同原理在聚合物非牛顿流体强化传热中的可行性。基于场协同理论,提出了一种新型螺杆结构——扭转元件,并对2种扭转元件构型进行了场协同强化传热分析。结果表明,场协同原理可以很好地解释高黏度非牛顿流体的强化传热现象,以此为理论基础设计的新型扭转结构能够较好地改善速度场与温度梯度场的协同性,提高对流换热系数,强化对流换热性能。     

非牛顿流体搅拌流场的数值模拟研究进展

对非牛顿流体搅拌流场数值模拟过程中的控制方程、旋转桨叶的处理以及数值计算方法三个方面进行了综合论述。阐述了广义牛顿流体模型形式简单、计算量低,在非牛顿流体搅拌流场数值模拟过程中应用广泛;黏弹性流体本构方程具有高度的非线性,采用计算流体力学(CFD)方法对其搅拌流场进行数值模拟难度较高,目前仍处于起步阶段;通过合理简化黏弹性流体本构方程以及采用恰当的数值离散方法,有助于在黏弹性流体的搅拌流场数值模拟中取得进展。     

双轴表面更新型搅拌釜中高粘牛顿流体与非牛顿流体的功耗

实验测定了双轴表面更新型卧式釜中采用三种不同形式的搅拌桨、多种桨间距、广泛的粘度范围内牛顿流体和非牛顿流体的功率特性;统一关联了牛顿流体与非牛顿流体的搅拌功耗,得到:N_PRe=C(l/D_f)~(-1)(V_L/V~*)~D式中的C、D是搅拌桨的结构参数.实验结果还表明,该装置的Metzner常数是转速的函数.     

聚合反应工程——第5章 非牛顿流体的传递过程(一)

5.1 化工流变学基础 5.1.1 非牛顿流体概述 在聚合物生产中,往往要处理聚合物溶液、聚合物熔体或高固物含量浓悬浮液等非牛顿流体,其流动、传热、传质等特性,均与牛顿流体有很大的差别。因此,非牛顿流体的传递过程,是聚合反应工程研究的一个重要领域,而弄清聚合物系的流变行为,即     

刮壁桨在槽式釜的传热研究

针对结刮壁搅拌槽壁面的传热提出渗透－对流模型。运用在搅拌桨上安装热电偶的测温方法，考察了刮搅拌槽中的温度分布情况，实验结果支持了渗透－对流以模型。当Ｒｅ〉１００，Ｐｒ〉１０＾５时，刮壁残余层对壁面传热有明显影响，随着Ｒｅ的进一步提高，刮壁槽壁面的传系数增加缓慢，关联得到Ｒｅ〈１００，８０００〈ｐｒ〈１８０００时刮壁槽壁面传热系数的经验关联式。     

刮壁浆在槽式釜的传热研究

针对结刮壁搅拌槽壁面的传热提出渗透－对流模型。运用在搅拌浆上安装热电偶的测温方法，考察了刮壁搅拌槽中的温度分布情况，实验结果支持了渗透－对流模型。当Ｒｅ＞１００，Ｒｅ·Ｐｒ＞１０６时，刮壁残余层对壁面传热有明显影响，随着Ｒｅ的进一步提高，刮壁槽壁面的传热系数增加缓慢，关联得到Ｒｅ＜１００，８０００＜Ｐｒ＜１８０００时刮壁槽壁面传热系数的经验关联式。     

组合桨搅拌槽内非牛顿流体的气液分散特性

采用Brookfield黏度仪测量了质量分数为0.5%,1.0%,1.5%的羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液在298.15 K的流变特性。在直径为0.48 m的平底搅拌槽中,对搅拌槽内不同的3层组合桨的气液二相的分散特性进行了实验研究,考察了非牛顿流体浓度、桨型组合、通气量和搅拌转速对通气功率、相对功率和气含率的影响规律。结果表明:CMC水溶液为假塑性流体,幂律方程能很好地关联其流变特性。在相同操作条件下,随着浓度的增加气含率减小,功率消耗增加;在相同的功率输入时,下压桨型组合的气含率更高。相对功率(PG/P)、气含率关联式等研究结果对非牛顿流体的气液搅拌器设计和操作具有一定参考价值。