(非牛顿流体特性对搅拌)

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1、四、非牛顿流体特性对搅拌功率计算的影响在切向力作用下平行板内流体层中产生速度分布牛顿粘性定律τ=F/A=μdω/dγτ剪应力，N/m2或Pa；μ粘度，Pa.sdω/dγ，速度梯度或切变率或剪应速率，s-1作用力F；速度ω；距离γ；面积A；牛顿粘性定律9/1/20211第三章搅拌器轴功率计算（一）非牛顿型发酵醪的流变学特征9/1/20212第三章搅拌器轴功率计算（一）非牛顿型发酵醪的流变学特征流态曲线1:牛顿流体τ=μdω/dγμ为常数2:彬汉塑性流体τ=τy+μpdω/dγ，τy屈服剪影强度μp刚性粘度，为常数3:拟塑性流体τ=K（dω/dγ）n，0＜n＜14:涨塑性

2、流体τ=K（dω/dγ）n，n＞1μa为表观粘度，变μa＝τ/(dω/dγ)=K(dω/dγ)n-19/1/20213第三章搅拌器轴功率计算发酵液流体特性牛顿流体以糖等原料培养的细菌醪和酵母醪彬汉塑性流体黑曲霉、产黄青霉和灰色链霉菌等丝状菌发酵液拟塑性流体多糖发酵液，许多丝状菌培养液，高浓度的植物细胞、酵母悬浮细胞涨汉塑性流体链霉菌、四环素和青大霉素的前期发酵液9/1/20214第三章搅拌器轴功率计算表观粘度μa表观粘度：非牛顿流体没有确定的粘度值，通常把一定切变率下剪应力与此切变率之比称为表观粘度，即μa=τ/(dω/dγ)=K(dω/dγ)n-1。9/1/2021

3、5第三章搅拌器轴功率计算非牛顿流体的搅拌功率拟塑性流体的表观粘度随切变率的增大而减小，涨塑性流体的表观粘度随切变率的增大而增大。在同一搅拌转速下，培养液中的dω/dγ随着径向离开搅拌涡轮的距离，按指数倍数降低。粘度是温度的函数，即μ=Kea/T在搅拌罐中，罐内非牛顿流体的平均切变率与搅拌速度成正比，即（dω/dγ）平=kN，k=11.5（二档涡轮搅拌）μa=τ/(dω/dγ)=K(dω/dγ)n-19/1/20216第三章搅拌器轴功率计算9/1/20217第三章搅拌器轴功率计算（二）拟塑性流体的搅拌功率的计算计算程序：（1）确定发酵罐的尺寸及搅拌转速N（2）将N代入（

4、dω/dγ）平=11.5N，计算（dω/dγ）平（3）用粘度计测定特定温度下，菌体生长最旺盛时的液体流变特性曲线；计算参数K和n。（4）根据算出的（dω/dγ）平查得既定转速N时的表观粘度。（5）计算ReM。9/1/20218第三章搅拌器轴功率计算（6）计算Np在几何相似的小罐里，绘制出Np--ReM曲线；若ReM＞300，可以用牛顿型流体的Np--ReM曲线代替拟塑性流体的Np--ReM曲线。（7）对几何相似的大罐，计算P0。（8）再计算Pg。9/1/20219第三章搅拌器轴功率计算9/1/202110第三章搅拌器轴功率计算习题采用带有挡板的通用式发酵罐，已知直径D

5、=液柱高度HL=2m，搅拌转速N=2.0r/s=120r/min，搅拌桨为螺旋桨，其直径d=0.33D=0.66m，通风比=0.5m3/(m3.min)，发酵液密度ρ=1000kg/m3，黏度μ=0.001Pa.S，求该发酵罐的搅拌功率。（分别依据通风时的搅拌功率的估算式和经验式计算）9/1/202111第三章搅拌器轴功率计算