вертикальная мешалка
Реальное движение жидкости в аппаратах с механическими перемешивающими устройствами представляет собой трехмерный поток, однако при аналитическом описании его используют тангенциальную и иногда радиальную, но необходимо учитывать и аксиальную составляющую.
Экспериментально наличие аксиальной составляющей скорости движения жидкости можно обнаружить различными методами, например, сравнивая вес сосуда с покоящейся и перемешиваемой средой.
При обычных соотношениях основных размеров аппарата (H0/D?1,5, где H0— высота аппарата), как правило, возникает вынужденная устойчивая двухконтурная циркуляция.
Это вторичное меридиональное течение складывается с окружным, что и приводит к образованию сложного трехмерного движения, при котором частицы перемешиваемой среды перемещаются во всех направлениях.
Оказывается, что всегда вес сосуда с перемешиваемой жидкостью отличается от веса сосуда с покоящейся жидкостью.
Усилие, с которым перемешиваемая среда действует в вертикальном направлении, равное разности веса сосуда с перемешиваемой жидкостью и веса сосуда с покоящейся жидкостью, называют упором. Безусловно, по величине упора нельзя непосредственно определить абсолютное значение аксиальных составляющих скорости, но наличие упора подтверждает существование аксиальных потоков, которые могут быть достаточно велики.
Усилие, с которым перемешиваемая среда действует в вертикальном направлении, равное разности веса сосуда с перемешиваемой жидкостью и веса сосуда с покоящейся жидкостью, называют упором. Безусловно, по величине упора нельзя непосредственно определить абсолютное значение аксиальных составляющих скорости, но наличие упора подтверждает существование аксиальных потоков, которые могут быть достаточно велики.
На основании представлений о трехмерном течении рассмотрим физическую модель движения жидкости при перемешивании ее в аппаратах с мешалками, вал которых расположен вертикально (параллельно оси сосуда).
Трехмерное течение жидкости является следствием вращательного движения мешалки, однако тангенциальное течение, образующееся при работе всех типов мешалок, является превалирующим. Это подтверждается экспериментальными данными, показывающими, что среднее значение тангенциальной составляющей скорости примерно на порядок превышает средние значения радиальной и аксиальной составляющих.
Трехмерное течение жидкости является следствием вращательного движения мешалки, однако тангенциальное течение, образующееся при работе всех типов мешалок, является превалирующим. Это подтверждается экспериментальными данными, показывающими, что среднее значение тангенциальной составляющей скорости примерно на порядок превышает средние значения радиальной и аксиальной составляющих.
Перемешиваемый объём сосуда условно можно разделить на три зоны: зона центрального вихря (столб по оси вала мешалки), периферийная зона (обычно у стенок сосуда) и переходная область, особенно развитая при турбулентном режиме. Определительной характеристикой переходной области является нарушение пропорциональной зависимости окружной скорости потоков в ней от расстояния от оси вращения.
Вращательное движение жидкости возникает за счёт превалирования в создании давления на жидкость частью лопасти мешалки, попадающей в переходную зону. Под действием центробежной силы жидкость стекает с лопастей мешалки в радиальном направлении. Всё это приводит к возникновению в переходной области зоны пониженного давления, локализованной вблизи импеллера, инициирующей направленные к ней течения жидкостной среды от свободной поверхности и от дна сосуда.
При обычных соотношениях основных размеров аппарата (H0/D?1,5, где H0— высота аппарата), как правило, возникает вынужденная устойчивая двухконтурная циркуляция.Это вторичное меридиональное течение складывается с окружным, что и приводит к образованию сложного трехмерного движения, при котором частицы перемешиваемой среды перемещаются во всех направлениях.