Свойства и разработка новых оптических стекол - Царевский Е.Н.
Скачать (прямая ссылка):
При пространственном движении потоков в перемешиваемой жидкости основную роль играет вертикальное движение, возникающее под действием осевой тяги мешалки. Поэтому наибольший интерес представляет аксиальная составляющая вектора скорости, с которой начались количественные измерения скорости движения потоков. Конечно, измерять скорость движения потоков в горячей стекломассе в процессе варки невозможно. Мы провели такие измерения на перемешиваемой модельной жидкости с соблюдением условий подобия при такой вязкости, когда в ней устанавливается одна зона перемешивания. Наблюдения велись в тех же условиях, что и при определении контуров линий тока. Пр и данных измерениях одновременно находятся координаты двух положений шарика, крайнего справа или слева от мешалки, и следующего за ним по высоте через 1 см и определяется по секундомеру время прохождения шариком этого пути. Аксиальная составляющая скорости равна отрезку пути, пройденному шариком в вертикальном направлении, деленному на время. Мы обозначаем ее l/dKC, мм/с, и относим к исходному из двух последовательных положений шарика. Скорости, направленной вверх, приписывается знак плюс, а скорости, направленной вниз, — знак минус. Переводя шарик с одной линии тока на другую, можно измерить величины VaKC по всей меридиональной плоскости стакана.
180
Измерения ведутся при движении шарика с различными потоками жидкости, а затем полученные данные группируются по отношению к положениям шарика через 1 см, и из них берутся средние.
Радиус стакана, см
Рис. 7. Поле величин УакС для лопастной мешалки при скорости вращения 60 об/мин
Такие измерения были сделаны в жидкости вязкостью 80 нс/м2 для лопастной мешалки, создающей в центре сосуда поток вверх при скоростях вращения 40, 60 и 80 об/мин в сосуде диаметром 26 см и высотой жидкости 28 см.
Подробно рассмотрим здесь результаты, полученные при скорости вращения мешалки 60 об/мин. На рис. 7 представлена
181
меридиональная плоскость стакана, на которой полученные величины VSKC нанесены через 1 см. У чисел поставлены знаки плюс или минус.
Измерения были доведены только до высоты 170 мм, так как выше этой скорости движения потоков в вертикальном направлении делаются уже очень малыми и у поверхности доходят до нуля.
Для того чтобы видеть, как меняются скорости движения жидкости в отдельных потоках, на рисунке нанесены соответствующие линии тока. Так как все проекции линий тока в меридиональной плоскости стакана симметричны по отношению к оси мешалки, а соответствующие величины Уакс равны, то они нанесены на одну ее половину. Как можно видеть, половина меридиональной плоскости, изображенная на рис. 7, делится на две части вертикальной линией, проходящей через центр линий тока. В части, примыкающей к мешалке, все величины Уакс имеют знак плюс, т. е. они направлены вверх, а в части, примыкающей к стенкам стакана, — знак минус, они направлены вниз. При движении жидкости по выходе из ротора мешалки вверх по линиям тока Уакс постепенно уменьшается, пока при повороте потоков в горизонтальном направлении не доходит до нуля. Затем потоки начинают спускаться вниз, а Уакс меняет знак. До того момента, пока потоки не пройдут мимо центра линий тока, VaKC по абсолютной величине увеличивается, а затем, к дну снова уменьшается. У дна потоки поворачивают и идут к ротору мешалки, а Уахс снова меняет знак и быстро начинает возрастать. В роторе мешалки Уакс достигает максимальных значений.
Из изложенного видно, что в общем потоки в различных участках перемешиваемой жидкости движутся с различной, заметно отличающейся скоростью.
Теперь рассмотрим изменение величины VdKC в различных направлениях от центра линий тока. Вдоль линии раздела поля скоростей (вверх и вниз) VaKC монотонно уменьшается. В горизонтальном направлении к ротору мешалки она бысхро возрастает до максимальных значений. В остальных направлениях характер изменения VaKC одинаковый, но иной: сначала абсолютная величина Уакс увеличивается, на некотором расстоянии доходит до максимума и только затем начинает уменьшаться. Таким образом, в некоторой области на расстоянии от центра линий тока потоки жидкости движутся быстрее, чем у самого центра. На рис. 7 эта область выделена штрихпунктирной линией. Значит, около центра линий тока стекломасса должна размешиваться медленнее, чем на некотором расстоянии от него. Эта область в общем совпадает с отмеченной на рис. 6 областью эллиптических свилей, окружающих центр торовых поверхностей. Описанный выше характер движения потоков около центра линий тока является причиной того, что в этой области может остаться не размешанное до конца стекло.
182
Такой же характер распределения величин вертикальной составляющей скорости был получен при скоростях вращения мешалки 40 и 80 об/мин. По абсолютному значению измеренные величины при этих скоростях вращения мешалки по сравнению с измеренными при скорости вращения 60 об/мин меняются пропорционально отношению этих скоростей.
Такие же измерения Уакс были сделаны для двухзаходной винтовой мешалки высотой один шаг, диаметром в х/3 диаметра сосуда. Все величины Vmc получились несколько большими, чем у лопастной мешалки. У этой мешалки линии тока более вытянуты в вертикальном направлении, чем у лопастной. У нее Уакс в этом направлении меняется медленнее. Но характер изменения по всем направлениям такой же, т. е. у винтовой мешалки точно так же размешивание стекломассы непосредственно у центра линий тока происходит медленнее, чем на некотором расстоянии от него.
