Rozmerová analýza pre planetárny mixér: čas miešania a Reynoldsove čísla
Oct 19, 2023
Abstraktné
Číslo doby miešania je vhodným parametrom na charakterizáciu výkonu miešania miešaných nádrží. Toto bezrozmerné číslo je teraz dobre zavedené pre miešané nádoby vybavené vertikálne a centrálne namontovaným obežným kolesom pre newtonské, ako aj pre nenewtonské kvapaliny. Pokiaľ je nám známe, existuje viac nejasností, pokiaľ ide o jeho definíciu pre planétové mixéry, najmä ak majú dvojitý pohyb (okolo dvoch kolmých osí) na dosiahnutie homogenizácie. V tejto štúdii sa navrhuje rozmerová analýza času miešania a spoľahlivosti modifikovaného Reynoldsa a čísla času miešania pre takýto planetárny mixér, ktorý je konkrétne nazvaný ako
systém. Tieto dve čísla sú založené na maximálnej rýchlosti špičky mixéra ako charakteristickej rýchlosti. Modifikované bezrozmerné čísla sú v súlade s definíciou konvenčných Reynoldsových a miešacích čísel (keď v nádobe nastáva iba jeden otočný pohyb okolo vertikálnej osi miešacieho zariadenia).
Experimenty s časom miešania s
mixér pre vysoko viskózne newtonovské kvapaliny ukázal, že navrhovaným modifikovaným Reynoldsom a číslami času miešania sa podarilo získať jedinečnú krivku miešania bez ohľadu na rôzne zvolené pomery rýchlosti. Táto dohoda dokazuje, že navrhované modifikované bezrozmerné čísla môžu byť dobre prispôsobené na inžinierske účely a môžu byť použité na porovnanie výkonu miešania planétových mixérov.
Úvod
V druhej polovici 20. storočia umožnilo systematické používanie rozmerovej analýzy na skúmanie procesov miešania tejto oblasti, aby sa vyvinula z „umenia na vedu“. Dnes bola preskúmaná celá oblasť klasickej miešacej techniky (tu slovo "klasická" označuje obežné kolesá vertikálne a centrálne namontované v nádrži), výsledkom čoho je dobre zavedená definícia významných bezrozmerných skupín. Pre väčšinu operácií miešania na prenos tepla, homogenizáciu, suspenziu, emulgáciu atď., v závislosti od režimu prúdenia a skúmaných systémov miešania, teda vedecká komunita navrhla početné korelácie zahŕňajúce rôzne bezrozmerné čísla (výkon, Reynolds, čas miešania, Weber, Archimedes, Nusselt, Prandtl atď.). Tieto práce umožňujú hlbšie porozumenie procesu a poskytujú pokyny na návrh a{6}}rozšírenie pravidiel pre konvenčné miešanie. Bohužiaľ to zatiaľ neplatí pre mimo{8}}stredové dvojité miešadlo, koaxiálne a planétové mixéry. Tieto miešacie zariadenia však v spracovateľskom priemysle zažívajú veľký rozmach, čím spĺňajú potreby spotrebiteľov po komplexných produktoch so špecifickými funkciami. Analýza ich výkonnostných charakteristík sa v otvorenej literatúre objavila len nedávno.
Tanguy a spolupracovníci vykonali priekopnícke a intenzívnejšie práce na ne-konvenčných mixéroch, avšak ak sa zameriame iba na planetárny mixér, literatúry je stále málo (Tanguy a kol., 1996, Tanguy a kol., 1999; Landin a kol., 1999, Zhou a kol., Jon 2002, Del. al., 2004, Delaplace et al., 2005). Numerické a experimentálne prístupy uskutočnené týmito prácami poukázali na zložité problémy a ich príslušné reakcie na optimálny návrh a parametre procesu a{15}}rozšírili tento ne-konvenčný mixér. Tieto dokumenty tiež poukázali na ťažkosti pri porovnávaní výkonu planetárneho mixéra s výkonom dobre{18}}zavedených mixérov. Preto je potrebné upraviť rozmerovú analýzu zavedenú pre klasické mixéry a prispôsobiť ich pre ne-konvenčné mixéry. Pre planétový mixér je problematická otázka definovania charakteristickej rýchlosti a dĺžky. Delaplace a kol. (2005) nedávno skúmali spotrebu energie prostredníctvom rozmerovej analýzy pre planétové mixéry. Navrhli upravené Reynoldsove a mocenské čísla. Tieto čísla zahŕňajú maximálnu rýchlosť špičky obežného kolesa ako charakteristickú rýchlosť a rozmer kolmý na vertikálnu os otáčania ako charakteristickú dĺžku. Experimentálne ukázali na konkrétnom planétovom mixéri, ktorý kombinuje duálne revolučné pohyby, že takéto bezrozmerné čísla umožňujú získať jedinečnú výkonovú charakteristiku systému miešania bez ohľadu na zmenu pomeru rýchlosti. Navyše navrhované modifikované bezrozmerné čísla sú v súlade s definíciou klasického Reynoldsovho a mocninového čísla. Overuje sa pre stav, keď je obežné koleso nútené vykonať iba jeden pohyb okolo zvislej osi v nádrži (ako v prípade klasického miešacieho systému), upravené čísla majú podobu získanú pre klasické systémy.
Bohužiaľ, na vyhodnotenie účinnosti planétového mixéra sú potrebné modifikované časy miešania a výkonové čísla. Pokiaľ je nám známe, číslo doby miešania nie je dobre stanovené pre planétový mixér, ktorý má dva otáčavé pohyby.
