Мобільні телефони; метушня

Ворушіння:

Операція змішування необхідна на дуже багатьох стадіях процесів. Без цього перемішування суміш, поміщена в резервуар, регулювалась би законом про дифузію Фіка. Для прискорення процесів переносу всередині суміші необхідно надати руху рідини, щоб відновити контакти між фазами. Саме агітатор підтримуватиме цей рух.

Змішувальні мобільники можуть бути різної геометрії. Характеристики мобільних телефонів є визначальними в тому, який тип використання з ними має бути. Деякі мішалки використовуються для гомогенізації сумішей з різницею в в'язкості, концентрації або температурі або без неї. Інші розроблені таким чином, щоб вони могли змішувати дуже погано змішуються рідини, щоб дозволити хімічні реакції в неоднорідній фазі або створити емульсії. Також можна зустріти мішалки, роль яких полягатиме в тому, щоб дозволити суспензію твердих частинок у рідині. Наприклад, розчинення, кристалізація або вишкрібання дна резервуару для запобігання накопиченню частинок. Нарешті, дисперсія газу в рідині може також забезпечуватися мішалкою для операцій поглинання.

Для отримання додаткової інформації див. Змішування та змішування - Фундаментальні аспекти та промислове застосування від Кетрін Сюереб, DUNOD

Мотиви агітації можна класифікувати за потоком, який вони створюють.

Існує три основні категорії:

осьові потокові мобільні
мобільні радіальні потоки
мобільні тангенціальні потоки


Осьовий	Радіальна	Дотичний

Осьові потокові мобільні:

Ці мобільні пристрої, які частіше називають пропелерами, створюють осьовий потік в резервуарі. Зазвичай пропелери використовуються для гомогенізації сумішей, які мають низьку або навіть середню в'язкість (порядку 1 Па. С). Вони містяться в харчовій та нафтовій промисловості для суспендування твердих речовин, для кристалізації або для створення рідинно-рідинної дисперсії.

Класичний гвинт	Морський гвинт	Тонкий лопатевий гвинт	Пропелер з подвійним потоком

Мобільні апарати радіального потоку:

Ці мобільні апарати простіше називають турбінами. Вони використовуються в таких процесах, як бродіння, газорідинні хімічні реакції або у виробництві емульсії. Ці процеси вимагають введення енергії, що забезпечується дуже швидким обертанням мішалки, призначеної для створення сильно турбулентних потоків.

Робочі колеса без диска лопаті
прямі або криволінійні

Мобіли тангенціального потоку:

Ці мобільні телефони частіше називають якорем або бар’єром. Їхня особлива структура дає можливість зіскрібка дуже в’язких рідин зі стінок резервуарів, щоб гарантувати, що не утворюються мертві зони, і забезпечити теплообмін для певних процесів, де вплив температури є значним.

Якіри	Бар'єри

Можливо, нам доведеться познайомитися з іншими мобільними пристроями в галузі. Вони не найпоширеніші, але вони існують. Серед інших, гвинтові гвинти та стрічки, призначені для забезпечення змішування дуже в'язкої рідини шляхом осьового відкачування вгору та мішалки з ротором/статором, призначені для змішування шляхом створення дуже міцного зсуву.

Гвинтові стрічки та гвинти

У наступній частині подано деякі елементи характеристики агітаційних мобільних телефонів.

Загалом геометрія резервуарів структурована, а їх розміри стандартизовані.

$ D $ - діаметр мішалки
$ T $ - внутрішній діаметр резервуара
$ C $ - це висота встановлення мобільного телефону

Для того щоб визначити безрозмірні числа, що характеризують резервуар із перемішуванням, необхідний розмірний аналіз.

Приведення в рух рідини з метою її змішування з іншою рідиною, змішується чи ні, або з метою утворення твердої суспензії або навіть для сприяння диспергуванню газової фази вимагає енергії.

Фізичні параметри, які вступають у гру:

N: швидкість обертання мішалки в оборотах/секунда; $ [T ^] $
D: діаметр мішалки; $ [L] $
$ \ rho $: щільність рідини; $ [ML ^] $
P: потужність, що розсіюється в рідині; $ [ML ^ 2 T ^] $
g: прискорення сили тяжіння; $ [LT ^] $
$ \ mu $: динамічна в'язкість рідини; $ [ML ^ T ^] $

Отже, маємо: n = 6 з n - кількість фізичних параметрів.

Основними одиницями є маса [M], довжина [L] і час [T]. Отже, ми маємо p = 3, p - це кількість основних одиниць.

Згідно з теоремою Ваші-Бакінгема, рівняння, що включає шість змінних, виражене за допомогою трьох вимірів, може бути зведене до відношення, що включає $ n-p = 6-3 = 3 $ безрозмірні та незалежні доданки.

Для явища, представленого трьома безрозмірними групами, рівняння, що виражає відношення між змінними, тоді має рішення у вигляді:

У нас є три безрозмірні групи, які виражаються нижче:

Щоб $ \ pi $ залишався безрозмірним, сума показників кожної основної величини повинна дорівнювати нулю. Для рівняння (2):

Звідси вираз безрозмірного числа:

$ N_p $ називається числом потужності.

Таким же методом ми знаходимо для $ \ pi_2 $:

$ Fr $ називається числом Фруда, Fr.

Для $ \ pi_3 $ ми маємо:

$ Re $ називається числом Рейнольдса.

Число Рейнольдса виражає відношення сил інерції до сил в'язкості. Якщо у нас низьке число Рейнольдса, тобто переважають сили в'язкості, потік називається ламінарним. Високе число Рейнольдса вказує на те, що в потоці переважають сили інерції, режим, як кажуть, турбулентний.

$ N_p $ називається степенним числом. Він характеризує енергію, що передається рідини системою перемішування, тобто безрозмірна енергія, що розсіюється в рідині.

Щоб бути дещо точнішим щодо визначення $ P $, $ P $ виражається як функція $ P_a $ потужності, що подається на вал для повороту, і $ P_0 $ потужності без навантаження відповідно до:

Привабливість кривих потужності для різних мобільних телефонів (Змішання. Суміш - Характеристики пересувних мобільних пристроїв, опубліковано Майклом Раштоном 03/10/2005)

З експериментальних даних можна встановити криві потужності. Крива виражає зміну степенного числа як функцію від числа Рейнольдса, і обидві осі знаходяться в логарифмічних координатах.

За $ Re
Для $ Re> 10 ^ 4 $ кількість потужностей інваріантно щодо Re. Ми перебуваємо в тубулентному режимі, рідина не дуже в'язка. Ми також можемо зробити висновок, що в даній системі кількість потужності не залежить від швидкості обертання. Коли система включає в себе перегородки, кількість потужності вища, оскільки насправді головна роль перегородок полягає в порушенні тангенціального потоку, викликаного обертанням. Вони перетворюють тангенціальний рух в осьовий рух, і тому спостерігається незначне збільшення споживаної потужності.
За 10 доларів

Турбулентний режим потоку

Деякі значення кількості потужності в турбулентному режимі для різних типів мобільних.

Тип мобільного	Кількість потужності $ N_p $
Якір	0,2
Пропелер	Від 0,3 до 1
Робочі колеса з похилими лопатями	1,2 до 2
Дискова турбіна типу Раштон Ввігнута лопать турбіни	Від 4 до 5

Два великі фактори відповідають за велике споживання енергії: область між лопатями та рідиною та профіль лопатей. Наприклад, дискова турбіна типу Раштон споживає багато енергії, оскільки вона генерує інтенсивний рух, який створює дуже сильний зсув.

Режим ламінарного потоку

Як вже було оголошено, число потужності для ламінарного режиму записується нижче:

Згідно з безрозмірним аналізом, ми також можемо записати формулу кількості ступенів як:

Відкладаючи рівняння (7) у виразі (8), ми отримуємо:

Замінюючи число Рейнольдса, вираз зменшується до:

Визначення степенного числа

Чисельно ми можемо визначити кількість потужності двома методами:

Перший спосіб:

Гіпотеза: Ми вважаємо, що вся сила рідини передається рідині. Ми можемо визначити потужність як:

\ почати
P = \ iiint \ limit_V \ mu \ phi_v \, dv
\ кінець

з $ \ phi_v $ - швидкість в'язкого всмоктування, а $ v $ - об'єм ємності. Тому ми можемо визначити кількість потужності, як показано нижче:

для ньютонівської рідини с

Напруження зсуву, $ \ tau_, \ tau_, \ tau_ $ задаються як:

Другий спосіб:

Потужність також можна визначити, розрахувавши сили рідини на лопаті:

\ почати
P = \ iint \ limit_S p \ vec. \ vec \, дС
\ кінець

при $ \ vec $ швидкість блідого і $ \ vec $ є нормальною до стіни.

Номер Фруда

Число Фруда визначає відношення сил інерції до сил тяжіння.

У цій частині ми визначимо основні характерні величини потоків для завершення енергетичного аналізу системи. Ми введемо два безрозмірних числа: кількість циркуляції та кількість перекачування.

Швидкість перекачування $ Q_p $ визначається як швидкість потоку рідини, яка проходить через об'єм, що проходить через обертову мішалку. Залежно від типу перекачування, швидкість відкачування різниться.

Пропелери	Турбіни	Якіри
$ Q_p = 2 \ pi \ int_ ^ W (r) r dr $	$ Q_p = \ pi d \ int _> ^ < \frac > U (z) dz $	$ Q_p = h \ int_ -a> ^ V (r) dr $

$ r_s $ - радіус обертання вала
$ R $ - радіус мішалки
$ h $ - висота швидкості перемішування леза
$ T $ - внутрішній діаметр резервуара
$ a $ - ширина анкерного леза

Число накачування $ N_ $ є безрозмірним виразом швидкості накачування:

Ця кількість постійна в турбулентному режимі.

Швидкість накачування та швидкість циркуляції гвинта. (Джерело: Cours de Cathérine XUEREB - INP-ENSEEIHT)

Швидкість перекачування та швидкість циркуляції турбіни. (Джерело: Cours de Cathérine XUEREB - INP-ENSEEIHT)

Швидкість перекачування визначається як швидкість, яка суворо проходить через об'єм, прокатуваний обертовою мішалкою. Однак загальна швидкість потоку рідини, що приводиться в рух, більша, ніж ця швидкість потоку накачування. Цей потік називається циркуляційним.

Щоб врахувати загальний потік рідини, спричинений перемішуванням, спочатку необхідно відновити циркуляційні вузли. Це точки в баку, де осьова та радіальна складові швидкості дорівнюють нулю.

Залежно від типу накачування, вираз для обчислення швидкості циркуляції різниться, ось вирази в наступній таблиці:

Пропелери	Турбіни	Якіри
$ Q_c = 2 \ pi \ int_ ^ W (r) r dr $	$ Q_c = \ pi d \ int_-e> ^ < \frac + e> U (z) dz $	$ Q_c = 2 \ pi \ int_ ^ W (r) r dr $

$ D $ - внутрішній діаметр резервуара
$ h $ - висота швидкості перемішування леза
$ r_s $ - радіус обертового валу
$ r_c $ - критичний радіус, де осьова швидкість (тангенціальна для випадку якоря) дорівнює нулю.
$ e $ - відстань від кінця леза до висоти, на якій розташований вузол руху

Циркуляційний номер $ N_ $ - це безрозмірний вираз циркуляційного потоку:

Ціни пов'язані між собою. Наступна таблиця дає уявлення про різницю між кількістю накачування та кількістю циркуляції для різних типів мобільних.