顾名思义,搅拌功即搅拌器在搅拌材料的时候消耗的能量。可通过平均搅拌功率和搅拌时间的乘积来计算。
简介
搅拌过程是极其复杂的,干燥的砂、石和水泥、水混合后,材料的状态和性质都发生了变化,形成了胶凝结构。因此,长期以来搅拌过程难以定量化,成为工程界遗留的难题之一。实用中,只好采用类比法或经验公式来选择搅拌设备的原动机,估计其传动机构的几何尺寸。为解决此问题,应用相似理论和
量纲分析法,通过试验研究,可以建立搅拌功率的计算公式。
相似理论是理论和实验的联系纽带。利用相似理论,可以预先定性地选择要确定的参数间的无量纲的准则关系式。试验基于相似理论,可以通过次数大为缩减的有限次试验,求出相似准则之间的函数关系,得到现象或过程的规律。须注意,这样的模型试验结果可推广到原型上去。因此,相似理论和量纲分析法是研究混凝土的搅拌过程,也是研究工程机械的工作机构与介质相互作用动力学问题的理论
搅拌功率的计算
搅拌机各式各样,但从定性的理论分析和其参数选择来看,却有许多共同之处。它们都有物理的、运动的和几何的3组基本参数。下面以振动搅拌机为例来论述。
物理参数——混合物密度d,粘性_,剪应力f,弹性模量E,自由落体加速度g,搅拌时间t,搅拌系数b∥(b⊥),搅拌功率N等。
运动参数——激振器的振幅A和频率k,搅拌机构的旋转角速度k0或线速度v0,混合物在搅拌室的移动速度v等。
几何参数——搅拌筒半径R,高度H,长度L,叶片的形状和表示特征的线性尺寸,激振器的外表面积F,混合室容积V等。
当利用
量纲分析法研究振动搅拌过程时,重要的事情也是从描述过程的所有参数中,选择独立的
基本物理量,其量纲不能通过其他参数量纲的代数变换来获得。
振动机构、搅拌工作机构的运动和几何参数影响搅拌过程的动力学特性,此时,不同工作机构、振动机构与混凝土作用原理是不同的。若首先应主要保证混合物在宏观上层流的对流移动,那么第二位的任务就是在混合物结构—流变特性极大变化状态下,保证在微观上的扩散混合。这样的分析,揭示了过程的物理本质,可简化准则方程式。
搅拌功率的一般表达式为
式中: C、m1、m2、m3、m4均为常数,其值由在实验中改变A、k、k0、H,通过回归分析来确定。
令。
则。
(1)当A、k、k0为常数,改变H时,C1、C2、C3均为常数,可得到关系式C0= f(C4),此时得到
取对数得:
改变加料高度H,确定,然后通过回归得到相关系数、标准差以及置信区间等。
(2)当k、k0、H为常数,改变振幅A时,C1、C2、C4为常数,可得到关系式C0=f(C3),此时得到
取对数得:
改变振幅A,确定C3和m3,然后通过回归得到相关系数以及置信区间等。
3)当A、k0、H为常数,改变振动频率k时,C1、C3、C4均为常数,可得到关系式C0= f(C2),此时得到
取对数得:
改变振动圆频率k,确定C2和m2,,然后通过回归得到相关系数以及置信区间等。
4)当A、k、H为常数,改变搅拌叶浆的旋转角速度k0时,C3、C4为常数,C1、C2为变量,此时得到
取对数得:
改变搅拌轴转速k0,确定C1和m1,然后通过回归得到相关系数以及置信区间等。
5)确定常数C
其中,
即可求得搅拌功率的表达式。
影响搅拌功率的主要要素
一、搅拌介质的物性,如各介质的
密度、液相介质
黏度、固体颗粒大小、气体介质通气率等。
二、搅拌器的构造和运转参数,如搅拌器的型式、桨叶直径和宽度、桨叶的倾角、桨叶数量、搅拌器的转速等。
三、搅拌槽的构造参数,如搅拌槽内径和高度、有无挡板或导流筒、挡板的宽度和数量、导流筒直径等。