聚合反应工程第六讲.ppt

知识回顾 停留时间分布的数学期望和方差分别具有什么意义， σ2＝0和σ2＝1分别表示什么流体？ 多级理想混合模型的模型参数是什么，其方差与理想混合模型有何区别？ 停留时间分布与返混有何关系？ 理想混合流流体中，停留时间为多少的流体微元所占分率最大？ 知识回顾 理想混合反应器如何进行热量衡算？ 反应放热速率和反应除热速率对反应温度作图，获得放热曲线和散热曲线形状如何？ 分析V、 v0 、CA0、与放热曲线形状的关系。 分析物料的起始温度和冷却介质温度与散热曲线形状的关系。 分析进料流率和传热面积对散热线的影响。 如何实现反应器稳定性操作？ 无管虹吸的原因是什么？ 流变学定义是什么？ 牛顿粘性定律和幂律定律的表达式是什么？幂律定律用来描述什么流体？ 知识回顾 谈一谈聚合物熔体的假塑性流变行为对加工过程中制品质量的影响。 手糊生产玻璃钢制件时为什么加触变剂？ 牙膏的流动行为符合什么流体流动规律？ 在浓度较高的聚合物溶液液面上，为什么人站着回沉下去，而跑动的时候不会沉下去？ 非牛顿流体的流变特性 一、非牛顿流体的表观粘度 非牛顿流体的流变特性 非牛顿流体的流变特性 二、高聚物溶液的流变特性 1、第一牛顿区 低切变速率，n＝1，符合牛顿流动定律。 该区的黏度通常,称为零切黏度μ?。 2、假塑性区(非牛顿区) n1，该区的黏度为表观黏度μa，随着切变速率的增加， μ a值变小。通常聚合物流体加工成型时所经受的切变速率正在这一范围内。 3、第二牛顿区 在高切变速率区，流动曲线的斜率 n＝1，符合牛顿流动定律。该区的黏度称为无穷剪切黏度或极限剪切黏度 μ∞。 从聚合物流动曲线，可求得 μ?、μ∞和 μa。 假塑性行为常常只表现在某一剪切速率范围内，在 很高或很低的剪切速率下，流体均表现为牛顿行为。 缠结破坏与形成的动态过程: ⅰ第一牛顿区：切变速率足够小，高分子处于高度缠结的拟网结构，流动阻力大；缠结结构的破坏速度等于形成的速度，黏度保持不变，且最高。 ⅱ假塑性区：切变速率增大，缠结结构被破坏，破坏速度大于形成速度，黏度减小，表现出假塑性流体行为。 ⅲ第二牛顿区：切变速率继续增大，高分子中缠结构完全被破坏，来不及形成新的缠结，体系黏度恒定，表现牛顿流动行为。 非牛顿流体的流变特性 二、高聚物溶液的流变特性 非牛顿流体的流变特性 分子量分布相似时，黏度随分子量的增加而增加， 向低值位移。 非牛顿流体的流变特性 二、高聚物溶液的流变特性 分子链支化的影响短支链多：μ 低，流动性好，橡胶加入支化的橡胶  改善加工流动性。长支链多：形成缠结， μ 提高。 非牛顿流体在圆管中层流流动分析 非牛顿流体在圆管中层流流动分析 非牛顿流体在圆管中层流流动分析 非牛顿流体在圆管中层流流动分析 非牛顿流体在圆管中层流流动分析 非牛顿流体在圆管中层流流动分析 稳态流动时：推动力=摩擦力 所以在半径r处的剪切应力 当r＝R及时，管壁处的剪切应力最大 圆管中流动分析： 剪切应力 层流流动时的速度分布基础式 圆管中流动分析： 流动速度分布 剪切应力 负号表示流速沿半径增加的方向而减小 剪切速率 管内各点的流速u(r)是半径r的函数 层流流动时的流量基础式 半径为r处，面积为2лrdr的环形微元中的流量dQ R dr r 从r=0到r=R积分，可得流量 圆管中流动分析： 流体流量 层流流动时的流量基础式 对τw微分，利用分部微分规则，可得到管壁处的剪切速率为 平均流速 对于牛顿流体n′=1 流动特征 幂律流体 令 n’即为图线上某点的斜率 管壁处的剪切速率 写成幂函数形式 非牛顿流体在圆管中层流： K′为非牛顿流体稠度系数 n′为非牛顿流体流动行为指数。 对于幂律流体 K为幂律模型的稠度系数 n为幂律模型的非牛顿指数。 管壁处剪切应力 流动特征 幂律流体 二、表观粘度及雷诺数 非牛顿流体在圆管中流动时的表观粘度 流体在管壁处的表现粘度 管壁处剪切应力 管壁处剪切速率 幂律流体 二、表观粘度及雷诺数 非牛顿流体在圆管中流动时的雷诺数 NRe反映了流体流动中惯性力与粘性力的对比关系，标志着流体流动的湍动程度 判断流型 Re≤2000时，层流； Re≥4000时，湍流； 2000 Re 4000 时，过渡区。 二、表观粘度及雷诺数 幂律流体 幂律流体 宾汉流体 三、流量 牛顿流体 Buckingham方程 流量的基础式 四、平均流速与流速分布 牛顿流体 层流流动