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栅缝元件上粘弹性流体降膜流动研究

闫未丹  
【摘要】:栅缝式降膜反应器是一种新型的高效缩聚反应器,聚合物熔体在重力的作用下从上至下流经不同结构尺寸的栅缝降膜元件形成稳定的降膜流动,以实现脱挥的目的。随着聚合物分子量的增加,其熔体粘弹性往往发生显著变化,因此反应器内不同阶段对降膜元件的结构有不同的需求。本文以聚丙烯酰胺和糖浆水溶液混合配制不同粘弹性的流体为模拟介质,主要考察弹性对栅缝降液膜过程的影响。首先利用高级流变扩展系统(ARES)测量了模拟介质的流变特性,简化得到了计算低剪切速率下粘弹性流体弹性的Weissenberg数表达式,然后利用可视化技术和激光粒子成像系统考察了不同物性和结构参数对降膜过程中液位、膜厚以及膜面速度场的影响。结果表明,粘弹性流体的降膜流动过程受粘性力、惯性力、弹性力与重力的共同作用,其中弹性和粘度的增大均使流体降膜流动性变差,表现为流体液位升高,成膜膜厚增加,膜面速度减慢,同时弹性使膜面横向的速度分布更为均匀;而开口缝宽和丝间距的增大对流动过程有利,使液位降低,膜厚变薄,膜面速度加快。基于降膜过程影响因素的无因次化和实验数据的拟合,分别得到了粘弹性流体沿栅缝元件降膜过程的液位和膜厚的经验关联式,计算值和实验值相对偏差在±15%以内。


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