【摘要】：人和動(dòng)物的整個(gè)消化系統(tǒng)可以看成一個(gè)微型化工廠,內(nèi)部進(jìn)行著各種各樣精密的單元操作。近年來,生物體內(nèi)的反應(yīng)器受到了越來越多的關(guān)注,其中消化道可以通過柔性壁面的蠕動(dòng)促進(jìn)食糜的混合、破碎和輸送等。從工程角度出發(fā),可以把消化道看作是由多個(gè)柔性的生化反應(yīng)器所組成的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。這些柔性系統(tǒng)可以處理不同流變學(xué)性質(zhì)的食糜,且很少發(fā)生堵塞、結(jié)垢和腐蝕等在工業(yè)中經(jīng)常遇到且難以解決的問題�；谶@些柔性系統(tǒng)所展現(xiàn)出來的一系列優(yōu)勢,本研究利用仿生學(xué)原理,模仿消化系統(tǒng)通過壁面運(yùn)動(dòng)促進(jìn)流體混合這一特殊機(jī)制,開發(fā)了一套柔性反應(yīng)器系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的容器由橡膠材料制作而成,通過機(jī)械外力的方式使柔性容器發(fā)生周期性的形變和恢復(fù),促進(jìn)容器內(nèi)的流體混合。本文詳細(xì)介紹了柔性容器的制作過程、柔性反應(yīng)器系統(tǒng)的搭建及改進(jìn)等;研究了柔性反應(yīng)器在不同實(shí)驗(yàn)條件下的混合時(shí)間、流體結(jié)構(gòu)等,探討了當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下哪些因素影響柔性反應(yīng)器的效率;將柔性反應(yīng)器和傳統(tǒng)的攪拌槳式反應(yīng)器在相同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行對(duì)比;針對(duì)柔性反應(yīng)器存在的混合隔離區(qū),提出了解決方案并成功實(shí)施;使用量綱分析的方法,進(jìn)一步分析了與柔性反應(yīng)器的混合有關(guān)的參數(shù);隨后在以上研究的基礎(chǔ)上開發(fā)了其他形式的柔性反應(yīng)器并對(duì)其進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,柔性反應(yīng)器通過壁面運(yùn)動(dòng)能夠有效的促進(jìn)流體的混合,其混合效率受到了包括柔性容器壁面形變的頻率、程度、位置、壁面厚度、注入點(diǎn)等一系列參數(shù)的影響,其中柔性容器壁面形變的頻率和程度為兩個(gè)主要因素;在有些實(shí)驗(yàn)條件下發(fā)現(xiàn)柔性反應(yīng)器中存在混合隔離區(qū),針對(duì)隔離區(qū)存在的位置對(duì)柔性反應(yīng)器系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn),通過雙側(cè)對(duì)擠的方式有效的消除了隔離區(qū),提高了混合效率;還將柔性反應(yīng)器和傳統(tǒng)攪拌槳聯(lián)用,不僅能夠消除混合隔離區(qū),而且在較低的頻率和攪拌速度下實(shí)現(xiàn)了高粘度流體的混合;隨后研究了不同大小和瓊脂含量的瓊脂塊在柔性反應(yīng)器中的破損行為,發(fā)現(xiàn)瓊脂顆粒在柔性反應(yīng)器中混合時(shí)不易發(fā)生破損;本文開發(fā)的密封式橢球形柔性反應(yīng)器系統(tǒng)在拉伸和擠壓的雙重作用下,能夠?qū)崿F(xiàn)高粘度流體的快速混合。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ052
【圖文】：

以降低槽體的制作成本。當(dāng)處理高溫高壓的物料時(shí)，槽底以半錐形底的攪拌槽[34]，這種底部設(shè)計(jì)在分散含有固體顆粒物的物土攪拌等。當(dāng)待混合物料無有毒有害的物質(zhì)產(chǎn)生且不需要隔絕污染時(shí)，攪拌槽上部通常為敞口的，如污水處理、濕法冶金等立方米的大型攪拌混合設(shè)備，大部分都是平底敞口攪拌槽。合系統(tǒng)中，攪拌槽與攪拌軸的相對(duì)位置也有很多種，如圖 1.方式（攪拌槽的中心線與攪拌軸重合）比較常見，此外其他形的偏心式[35-40]、斜進(jìn)式[41]、底進(jìn)式和側(cè)進(jìn)式[42,43]等。同樣的實(shí)攪拌效率略高，但是攪拌軸和槳葉由于受力不均，容易發(fā)生變和槳葉的制作材料和工藝有較高的要求，另外側(cè)進(jìn)式和底進(jìn)式

圖 1.2.3 不同類型的攪拌槳Fig. 1.2.3 Different kinds of agitators的攪拌槳適合不同的混合需求，放置位置也不一樣，槳葉中各盡相同。另外不同類型的攪拌槳產(chǎn)生的流型有很大差異。物料槽中進(jìn)行三維流動(dòng)，有三種流型：軸向流、徑向流和切向流。拌軸平行時(shí)為軸向流；徑向流沿半徑方向向上和向下輸送液體旋現(xiàn)象，物料在這種流型下被排向周圍，垂直方向上的流體通過加入擋板等方式促進(jìn)垂直方向流體混合。這三種流型可能態(tài)下，推進(jìn)式攪拌槳在產(chǎn)生大量的軸向流動(dòng)的同時(shí)還有切向流的攪拌槳。式攪拌槳。槳式攪拌槳[44,45]結(jié)構(gòu)簡單，最為常見，由兩到三個(gè)成。根據(jù)葉片垂直或者傾斜，可以分為軸向流型和徑向流型。

圖 1.2.5 SK 型靜態(tài)混合器示意圖Fig. 1.2.5 SK- Static mixer器可以處理均相體系的物料，也可以在非均相體系中使連續(xù)，可間歇，放大過程不復(fù)雜。內(nèi)部流體的流動(dòng)狀態(tài)過渡態(tài)。的實(shí)驗(yàn)研究方法拌槽中主要對(duì)以下三個(gè)方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，一是多久能夠主要通過宏觀混合時(shí)間來表征；二是流場結(jié)構(gòu)；三是能中測量混合時(shí)間、流場和功率所用到的儀器和原理及計(jì)方法，可以借鑒并改進(jìn)后將這些方法用于新的混合設(shè)備合時(shí)間

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2771886