包装与食品机械2001年第19卷第4期
张志森，张裕中，张文明
(江南大学机械工程学院，江苏
无锡
214036)
摘要：本文介绍了流体混合技术的含义及其与流体力学的关系。对流体混合技术的国内外研究现状进行了简要的评述，指出流体混合技术研究的中心是对湍流行为的研究，湍流行为对系统科学混沌理论的发展具有重要实践意义。最后，对流体混合技术的发展进行了展望。 关键词：流体混合；现状；展望中图分类号:TQ027 35文献标识码:A
文章编号:1005-1295(2001)04-0024-02
Present Situation and Develop Trend of Industrial Fluid Mixing Technology
Z HANG Zhi_sen,Z HANG Yu_zhon g ,ZHANG Wen_min g
(Jiang Nan University)
Abstract:This p a p er introduces the meanin g of fluid mixin g technolo gy as well as the relationshi p with the fluid d y
namics A brief comment about p resent situation of domestic and overseas research is g iven It p oints out that the main task of fluid mixing technology is to study the behaviors of turbulent flow and the behaviors are of practical importance to chaos theory.At last,develop trend is predicted
Key w ords:fluid mixing;situation;trend
收稿日期:2001-04-09
作者简介：张志森(1969-)，男，讲师，硕士研究生，研究方向：生化与食品机械。
1前言
流体混合技术是借助于流体所独具有的流动性，使被加工物料在混合设备中达到均匀分散、全面接触，从而改善混合物料各种性质的方法和手段。虽然，混合概念很早就有了，但对于流体混合技术的研究却是随着流体力学的发展而发展起来的。
流体力学的建立可以追溯到17世纪牛顿时代[1]
，从1687年牛顿提出流体环形运动(Circular Motion of Fluid)假设，到1755年欧拉导出流体运
动方程(Du Dt =-V p
+g )，再到1822年科西提出应
力张量(Stress Tensor)概念建立起连续介质运动理
论的总体框架，最终由斯托克斯在1845年在总结前述理论的基础上，提出牛顿粘性流体的纳维_
斯托克斯方程( Du Dt
=-V p + g+ 2
u 及 v=
westlaw0)。流体力学变成了一门严谨的力学学科。多年
来，人们的每一项有关流体的研究无不是建立在上述力学理论基础上的。随着流体力学的发展,
逐渐形成了流体混合技术。
流体混合技术在工业上的应用产生于化学工业，化学工业中的单元操作，如：吸收、沉淀、结晶、过滤、溶解、乳化等均与混合过程有关。一般来讲，混合常常构成了上述单元操作的准备工作，而有些单元操作则完全由混合工作来完成(如：乳化、扩散传质)。近年来，随着社会分工越来越细，专业越分越细，在食品、医药、涂料、油漆等工业领域也出现了大量有关流体混合工艺与设备的研究。对流体混合技术实现方法和手段的研究，形成了混合工艺与混合设备两大课题。这两大研究课题是紧密相关、相辅相成的。对于工艺与设备的深入探讨，必然涉及到流体混合机理的研究，并涉及诸多相关学科领域，如：数学、物理、系统科学、计算机科学、流体力学、机械工程等等。
应该说，当前有关流体混合理论的研究还是不够完善的，这是由流体物质本身所具有的复杂性所决定的。这正如流体力学研究中，只能针对某一具体问题提出具体解决办法一样，很难到
工业流体混合技术现状与展望 张志森，张裕中，张文明
(下转31页)
某些普遍适用的理论或方法。不过，近年来，一方面，随着流体力学尤其计算流体力学(C om p utational Fluid D y namics)取得了长足进步，这必将为流体混合过程机理的研究奠定一定的理论基础，并带动流体混合技术的发展；另一方面，各工业部门在流体混合工艺与装备方面的要求，也为流体混合技术的研究与应用提供了广阔的发展空间。
2流体混合技术研究现状
目前，国内有关流体混合技术的研究主要集中在化学工业领域。这是由于化学工业所涉及的单元操作多数与混合过程有关。其研究的主要方法是相当成熟的相似设计理论与实验研究相结合。相似设计理论是一个非常有效的研究方法。实验研究是对相似设计结果的直接检验，因此，是极端重要的。 电子导盲仪2 1相似设计方法简介
由于人们在研究、分析流体混合机理时，面对的是一个非常复杂的流体系统，对该系统进行数学建模时，常常会遇到一些复杂的数学物理方程，如上述纳维 斯托克斯方程，由于方程的非线性，对它们的直接求解是相当困难的，因此人们寻到了一种巧妙而有效的办法 实验方法。但在实验之前，人们仍需要进行数学建模，不过，建立的不是由数学物理方法所推导的直接数学模型，而是将系统相关参数进行过无量纲化(Dimensionless)处理的相似数学模型。在该数学模型建立过程中，首先凭借经验分析被研究对象受控于哪些物理量。然后，根据数学上的 定理将这些物理量组成几个为数较少的无因次数
。最后，建立这些无因次数之间的关系，即相似数学模型。当然，相似数学模型的建立仍以上述流体力学基本方程为基础。
相似设计理论所要求的相似包含几何相似和物理相似两部分。所谓几何相似[2]，是指流动空间几何相似，即形成此空间任意相应两线段夹角相同，任意相应线段长度保持一定的比例。物理相似包括：时间相似、运动相似、动力相似、热力相似、物性相似等。根据上述相似要求，建立一定的相似准则，准则是使无量纲准数：斯特劳哈尔数(Sr)、欧拉数(Eu)、弗劳德数(Fr)、雷诺数(Re)等
全部或部分相等。2 2
实验研究方法简介
对于运用相似设计理论设计的混合设备结
构，判断其正确与否，必须通过实验研究。首先要确定混合工艺所要达到的工艺指标及其影响因素；然后，设计组合实验，获得实验结果；最后对实验结果进行分析，判断能否达到工艺指标要求。如果可以，形成工艺规范；否则，要重新进行结构尺寸设计。
相似设计加实验研究的方法，一般需要已成
熟技术的支持。即要存在相似同类产品并可以完成一定的工艺要求。另外，实验研究须花费一定的费用。所以，虽然人们一直使用这一方法，但迫切希望能从理论深度上有所突破，从而使设计费用降低。使设计过程更为便捷、有效。
目前，国外对流体混合技术的研究，除了上述方法外，对混合机理的研究包括以下内容:(1)混合分散系统布朗运动行为的研究[3]
；对于混合分散系统，通过对分散相布朗运动行为的研究，探讨混合系统传质机理，建立传质数学模型。并用以指导沉淀过程分析和扩散沉淀平衡分析。
(2)混合热力学研究。
(3)湍流混合与混沌的研究[4];
对于湍流起因问题，人们普遍认为，纳维 斯托克斯方程的非线性是关键原因。近年来，随着对化学系统、生物系统与电子系统混沌行为的研究，人们发现，上述混沌行为与湍流的不规则行为(Irregular Behaviors)有许多相似之处。由此，人们认为，非线性动力系统的动力学特性研究将为湍流问题的解决带来希望。另外，近年来，国内学者也认为[5]，通过对湍流发生机制的解释，可以寻求到一条通往混沌的道路。可以预见，系统科学混沌理论的研究与湍流问题的研究必将相互促进、相互共同发展。
在湍流研究手段方面，目前主要是对纳维 斯托克斯方程进行直接数字化模拟(DNS Direct Numerical Simulations)[4]
。然而,DNS 方法由于计算量较大，其应用受到了一定限制，仅对低雷诺数湍流涡流模拟有效，在反应混合中，甚至对低雷诺数湍流也无法模拟。应该说，随着计算能力的提高DNS 方法最终将成为解决湍流问题的主要方法。不过，目前人们对
温度低，浓度恒定从而改善了印刷质量的效果，另外在马口铁印刷中有以下几个特点:
姚刚与李继红
(1)酒精润版系统各水辊的转动比例不同组合，当辊筒和润版辊的传动比例为1:0.8时为理想状态，此时润版液的传递量不管线速度如何变化都保持均匀一致，使水墨平衡达到印刷质量要求，另外这种比例的组合，还具有保护PS版表面的作用;PS版表面进行洁版，去除残留杂质、油墨，使印刷面光亮清洁；而普通的水胶润版，版面容易起脏，而且润版液的分布不均匀，严重影响印刷品质量。
(2)如图1，酒精润版系统的W4辊，可在润版辊与着墨辊之间摆动和左右串动，调节它可使润版辊上的润版更加均匀，还可去除印刷面的水线和印刷重影及墨屑等产品缺陷。
(3)马口铁的不吸水性，使润版液易滞留在滚筒间引起油墨乳化，酒精润版系统在传墨辊旁设置一排风扇，工作时，它既可降低油墨系统的工作温度，也可带走墨路中的水份，对保持油墨的印刷适性，降低油墨乳化起一定的作用。
(4)酒精润版系统对传水辊子的外径、衬胶材料、钢芯重量进行特殊的设计，能稳定润版液分配的均匀性，降低油墨乳化现象。
(5)酒精润版系统连续式输水，也可避免润版液分布不均和间歇式出水容易带来的水杠故障。特别响 非常近
3结束语
酒精润版系统在马口铁印刷中，对油墨乳化、印刷重影、脏版、水纹路等现象较普通润版系统都有减轻作用，同时基本克服了采用普通润版系统所产生的质量缺陷，最大限度降低油墨的消耗量，提高图案清晰度、网点结实、彩鲜明，对提高印刷经济效益有明显促进作用。
酒精润版系统在马口铁印刷中的应用 彭紫阳，陈拥军，黄来军
(上接第25页)湍流的求解主要采用LES(Large Edd y Simulations)和VLES(Ver y Lar g e Edd y Simula tions)方法。这两种方法计算量较DNS方法小，显然精度也较低，不过较为实用且可行。
(4)反应混合的研究。
从上述流体混合技术研究现状我们可以看出，国外对流体混合技术的探讨重点放在对湍流混合机理的研究上。同时，国内外学者对湍流不规则行为与系统科学混沌理论之间的关系给予了特别的关注。
3流体混合技术研究展望
流体混合技术以流体力学为基础，随着流体力学的发展而发展。目前，流体力学相对来说已较为成熟，但国内将流体力学广泛用于流体混合技术的研究还刚刚起步，这方面的研究还需要较大的投入。江南大学(原无锡轻工大学)机械工程学院生化与食品机械研究所组织了诸多力学专家、机械工程专家致力于流体混合技术的研究，已成功设计试制出适合食品、涂料、油漆、造纸等工业领域的高效混合分散乳化设备，并在流体混合机理方面进行了有益的探索。
流体混合技术与化学工业相结合；将形成新工艺、新方法，解决化工生产的诸多技术问题。这方面的主要课题是有关反应速度与混合传质速度相互关系的研究与应用。混合热力学的研究与应用。
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流体混合技术与机械工程相结合；主要探讨机械结构与流体的相互藕合作用，如何在混合过程机理的指导下，设计、开发新型混合设备，从而为工业加工过程提供更高效的技术装备。
流体混合技术与计算机科学、数学、系统科学相结合；应用非线性动力系统理论深入研究湍流混合过程机理。同时通过对湍流行为混沌性的探讨，为系统科学混沌理论的发展提供实践依据，必将促进系统科学的成熟与完善。
参考文献:
[1]D J Acheson Elementary Fluid Dynamics[M] New
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[2]张克危 流体机械原理[M] 北京：机械工业出
雅奇mis
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[3]Bohuslav Dogi ,Xueping Qiu,Wolfgang von Ry
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[4]Jerz y Bald yg a,John R Bourne Turbulent Mixin g and
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[5]苗东升 系统科学精要[M] 北京：中国人民大
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