Свойства и разработка новых оптических стекол - Царевский Е.Н.
Скачать (прямая ссылка):
При составлении картины движения потоков в перемешиваемой стекломассе были использованы данные, полученные Н. А. Ту-доровской при изучении движения потоков в перемешиваемых модельных жидкостях.
Наблюдения за движением потоков велись с помощью уравновешенных шариков. Опыты проводились на нескольких модельных жидкостях с постоянными вязкостями, подобранными в соответствии с рассмотренными выше условиями подобия, так что с их помощью было промоделировано перемешивание стекломассы в процессе варки во всем интервале вязкостей от осветления до вывоза.
Полученные результаты подробно описаны в работе [3]. К настоящему времени в результате продолжающегося изучения перемешивания на модельных жидкостях и анализа процесса мешки большего числа производственных и специально проведенных опытных варок оптических стекол получен ряд подтверждений правильности приведенной в статье картины движения потоков в перемешиваемой стекломассе в процессе варки во всем интервале вязкостей от осветления до вывоза. Теперь можно с уверенностью
173
считать, что процесс перемешивания стекломассы происходит следующим образом.
При малых вязкостях, на осветлении и в начале снижения, в зависимости от положения мешалки по высоте горшка в нем устанавливаются три или две зоны перемешивания. Расположение зон в вертикальной плоскости и направление движения потоков в них показаны схематически на рис. 3, а. Скорость движения потоков наибольшая в нижней (/) зоне, несколько меньше в средней (//) зоне и наименьшая в верхней (III) зоне. Ясно, что быстрее всего стекломасса должна размешиваться в зоне I, медленнее всего— в зоне III. Кроме того, неоднородная поверхностная пленка,
Рис. 3. Изменение числа зон и направления движения потоков в перемешиваемой жидкости с нарастанием вязкости
образующаяся из-за селективного улетучивания компонентов с поверхности стекломассы, затягивается в верхнюю зону, меняя ее состав и еще более затрудняя и замедляя ее гомогенизацию. При нарастании вязкости стекломассы граница между зонами II и III у стенок горшка начинает постепенно подниматься и, дойдя до поверхности стекломассы, перемещается по ней к штоку мешалки (рис. 3, б). При этом на поверхности стекломассы на некоторое время устанавливаются две системы потоков: одна, идущая от мешалки, другая — от стенок горшка к границе зон. Направление их движения на рисунке указано стрелками. При этом объем верхней зоны непрерывно уменьшается, а стекломасса из нее по штоку мешалки переходит в среднюю зону, несколько изменяя состав стекломассы и засвиливая ее, т. е. ухудшая степень ее гомогенизации. После того, как зона III вся соберется к штоку мешалки, а зона II заполнит весь верх горшка, на поверхности стекломассы на некоторое время установится движение потоков по направлению к мешалке (рис. 3, в). При этом граница между первыми двумя зонами по-прежнему располагается над верхним краем лопастей мешалки.
При дальнейшем нарастании вязкости начинает перемещаться граница между первой и второй зонами / и II. У стенок она под-
174
нимается вверх и, дойдя до поверхности, движется к штоку мешалки. На это время на поверхности стекломассы устанавливаются снова две системы потоков, но направленные от границы зон соответственно к мешалке и стенкам горшка. Схематическое расположение зон и направления потоков показаны на рис. 3, г. При этом объем зоны II также постепенно уменьшается, а стекломасса по штоку переходит в зону /.Так как стекломасса в зоне II несколько отличается по составу от первой зоны /, то она должна при этом засвиливать ее, т. е. ухудшать степень ее размешанности. По мере нарастания вязкости граница между зонами у штока; мешалки также начинает подниматься. Наконец, начиная с некоторой вязкости, зона вся собирается к штоку мешалки, образуя вокруг него так называемую воронку свилей. При этом практически во всем объеме стекломассы (рис. 3, 5) устанавливается одна зона перемешивания.
Дополнительно к наблюдениям, приведенным в [3], подтверждением правильности представлений о процессе перемешивания служат следующие результаты.
В статье [3] описаны наблюдения за изменением числа зон и движения потоков при подъеме мешалки от дна сосуда до поверхности перемешиваемой модельной жидкости. При этом границы зон постепенно поднимаются до поверхности жидкости и перемещаются по ней к штоку мешалки, а движение потоков на поверхности меняется так же, как при увеличении вязкости жидкости в соответствии с рис. 3, а—г. Следовательно, такое изменение движения на поверхности жидкости при подъеме мешалки может служить доказательством наличия в ней нескольких зон перемешивания. Пользуясь этим, с помощью плавающих по поверхности стекломассы шамотных шариков следят за изменением движения поверхностных потоков при подъеме мешалки в процессе перемешивания в 100-литровом горшке.
Обнаруженная смена направления движения потоков на поверхности стекломассы ясно показала, что при малых вязкостях и мешалке, расположенной у дна горшка, устанавливаются три зоны перемешивания (при подъеме мешалки движение потоков на поверхности меняется три раза). С увеличением вязкости при. аналогичных опытах быдо обнаружено наличие только двух, а затем и одной зоны перемешивания.
