无桨混合机内高粘塑性流体掺混规律试验研究

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1、6无桨混合机内高粘塑性流体掺混规律试验研究无桨混合机内高粘塑性流体掺混规律试验研究郝世超吴伟亮吴志合(上海交通大学叶轮机械所)摘要化工生产中用于粘塑性流体混合的机械大多采用桨叶搅拌的形式，但是桨叶与液体之间的强烈摩擦限制了混合装置在某些行业中的应用，取而代之的是一种无桨混合机。为了指导化工设备无桨混合机的设计工作，首先要了解其内部流体的运动和掺混形式。并设计搭建无桨混合机实验台，测试无桨混合机内药浆重心和轴端振动，结合直接观察整个混合过程，揭示混合机内高粘塑性流体运动和掺混的一般规律。关键词无桨混合机测试分析高粘塑性流体0前言合机中流动形态变化的规律。笔者按照复合固体推进剂生

2、产中使用的无桨混目前化工生产常用的混合机可以根据用途、外形、容积等进行分类，而根据有、无桨叶参与搅拌合机设计了该混合机的试验台，测试并观察生产过可分为两种：有桨混合机和无桨混合机⋯。它们程中各个阶段药浆流动形式，通过筒体内药浆在两在生产应用中的区别在于无桨混合机没有桨片或者个方向上重心变化揭示该混合机内流体运动规律。叶轮，因此大大减少了生产过程中的摩擦，这样在1试验台设计与搭建某些对摩擦要求严格的特种行业，无桨混合机具有更加广泛的应用前景。实际生产过程中，药浆在一个倾斜的封闭圆筒体中进行旋转混合，无桨混合机的简体轴线与旋转无桨混合机是一种圆柱形的筒体，其几何轴线与转动轴之间存

3、在一个夹角，在转动过程中借助重轴呈一定角度倾斜，而且由于药浆的流动和跌落，厚度不均的药浆黏附层将充满无桨混合机筒内壁，力作用形成翻滚、跌落和轴向运动实现物料混合。本试验中的无桨混合机应用于复合固体推进剂因此无法在桶内壁上开凿窥视孔对其进行直接观察。由于掺混过程药浆粘塑性很强，混合机桶内壁的混合工艺，其基本生产步骤是将还原剂固体颗粒和氧化剂固体颗粒分批、分次地加入到高粘度有机上黏附层较厚，使用x光透射设备对混合机运转过程中药浆的流态进行记录和拍摄时，观测范围有黏合剂中，不断进行掺混使其均匀分布，逐渐形成限。基于以上原因，只能采取间接的方法来对无桨了更高粘度并具有一定塑性的流体。

4、混合机中药浆的流动和流态规律进行研究。目前，利用无桨混合机混合粘性和塑性变化很混合过程中，随着无桨混合机筒体的转动及各大的物料，其混合机理尚不是很清楚。前苏联科研种混合物料分批加入，推进剂药浆粘塑性发生巨大人员曾对此开展过较为系统的研究，但因涉及军事变化，附着于壁面的药浆厚度和运动药浆的比例、保密目前没有资料查询，而国内这方面的研究处在幅度也随之发生明显变化，并且该变化和药浆混合起步阶段，工艺编制主要依靠实验完成。万新斌等均匀程度、混合机转速之间存在直接联系。该变化人曾在生产现场采集混合机轴端振动信号，提取各阶段的频谱特征。针对频谱特征的变化，分析振动可以通过筒体内药浆整体重

5、心变化规律体现出来。变化的原因，得出生产过程中各阶段药浆在无桨混为此设计的试验台如图1所示。}郝世超，男，1984年12月生，硕士研究生。上海市，200240。《化工装备技术》第30卷第4期2009年7逐渐呈现出塑性，黏性也进一步提升，可用其本构方程近似r：。+来表示～。其主要特点是存中空轴在切应力屈服点。，当内部应力没超过屈服点时，传感器药浆不会发生变形。该次试验中药浆塑性屈服点在1000Pa左右，运动粘度在l0数量级，沾在筒内壁面上的药浆跌落需要一定时间。表1试验步骤图1无桨混合机试验台试验台中，无浆混合机筒体长度为0．8m，筒底半径为0．4m，简体倾斜角度为3O。，混合

6、机简体置于支撑台架上，由三相异步电动机经过齿轮传动驱动旋转。两侧轴端对称位置上共安置四个拉压力传感器测得拉压力数据，再通过转矩平衡和力矩平衡便可以求得简体内全部药浆在图1中所示坐标系轴向和z轴向的重心。测试软件用C++编3试验研究及分析写，提供了易操作的界面，将各项必要操作及计算把预混的药浆投放人简体内混合5min后观集成于程序中。采集结束以后，可以读取数据进行察，含一半铝粉的混合液虽然粘度很大，但依然呈相应的分析和统计处理。现出流动的状态，停机后液体逐渐流回简体下侧，因为无桨混合机是回转机械，所以摄像头不能筒内壁上没有沾留药浆，如图2(a)所示。安置于筒内壁上。将旋转轴的一

7、端设计成中空的形式，摄像头从该处伸人并安置固定拍摄录像，实时观察混合过程中药浆运动情况。试验中笔者重复了万新斌等人的工作，但由于该试验台设计的旋转轴具有很强的刚性，且筒体尺点寸比实际生产中的小很多，导致药浆跌落对简体的冲击非常有限，所以在实际振动测试的能量谱中没药浆跌落及阴影有能够有效说明药浆跌落导致能量集中的频段。(a)第‘次停机药浆形态(b)混合过程中药浆形态2试验流程图2第一次停机与混合过程中药浆形态(步骤1)按照药浆总量占简体体积比例共进行两次试第三次停机前低速混合过程中从简体内摄像头验，药浆含