CN1531631A - 通过振动影响流体的流变性质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于影响与装置或机器部分的至少一个接触表面相互作用的流体的流变性质的方法。其中，使构成所述流体的流体单元的至少一部分经受振动，并将所述装置或机器部分的所述至少一个接触表面作为一机械振动源。

Description

通过振动影响流体的流变性质

本发明涉及如权利要求1的前序部分所述的用于影响流体的流变性质的方法。

在食物和非食物行业，在许多产品的加工过程中，特别是在加工操作期间，产品的流变性质对可获得的最终产品的质量起着决定性的作用。

对流化批量材料(bulk materials)通过剪切、拉长或流化不仅能对诸如粘性流体的批量产品的‘流变性质’施加影响，而且还能对粘弹性糊状物或弹性体混合物的批量产品的‘流变性质’施加影响。

通常，这些产品经常是不同相(例如悬浮液、乳状液)的均质混合物。因此，在这个方面特别重要的是要控制批量产品流。在此方面，在流体流中与流动流体的主要部分具有不同行为方式的部分流体所在的一些特定位置常常会产生一些问题。例如，在流动的流体和机器或管道内表面之间的界面是值得注意的位置，在这些位置常常会发生很强的摩擦和/或产品流的速率大大降低。这样所导致的负面结果是，例如驻留时间范围过宽、分层、关于时间和位置的温度峰值等。

此外，在对一些特定流体进行处理的情况下，给定的机器常常达到它的性能和稳定的极限。于是，通常的补救措施是将机器制造得更坚固或更稳固，从而就导致机器更加昂贵。

因此，本发明的一个目的是克服现有技术中用于加工处理可流动产品的方法和设备中存在的这些缺陷和不足，尤其是在对这些产品的流变性质施加影响方面作出改进。

本发明的目的是通过权利要求1的特征部分中的技术特征来实现的。

通过对形成流体的流体单元的至少一部分进行激发，可以对至少部分流体的流变性质造成特定的影响。尤其是，在流体/机器分界面处能减小内部流体摩擦和外部流体摩擦。这样就能减小输入到流体内的能量，从而，一方面可使机器的使用寿命显著延长，另一方面，可制造出尺寸更大的机器，而且不会达到机器所提供的动力/性能以及机器稳定性的极限。换句话说，在相同容量的情况下可增大生产量。

激发振动还表示对流体施加影响，以此可使实际的流变性质转变成有效的流变性质。不是尽力全面地去针对和控制一实际流体的复杂流变性质，已证明有利的做法是，通过对形成流体的一些流体单元施加振动，使实际的流变性质转变成有效的流变性质，其中所述的有效的流变性质比实际的流变性质更易处理，所述的有效的流变性质基于所述的实际的流变性质。换句话说，利用振动来“人工”地改变流体，使得至少在这种经改变的状态下的流体更容易被控制。

优选地是，在非常特定的流体区域内对流体单元进行激发，从而产生振动。例如，通过受控的激发振动，可以减小流体在凹腔和死区的驻留时间，也能减小壁/流体分界面上(尤其是输送流体的管道中)的摩擦。这样就可以减小在管道中被输送的或在机器中被处理的流体的驻留时间范围，并导致可节省材料和能源消耗。

流体可以是至少一气相、一液相或一固相所组成的混合物，每个相由不同的相单元(有限元)组成。特别是，这些相单元可以是颗粒、泡沫或凝聚物，从而所述流体为悬浮液、乳状液、流化粉末或粉末混合物、泡沫或泡沫混合物、或者胶体或胶体混合物。特别是，流体还可以是聚合物或聚合物混合物。在所有这些流体中，上面所提到的优选实施例可以对流体局部地或全部地造成影响。

适当的是，选择性地对流体中不同类型的单元进行激发，从而产生振动。在这种情况下还能局部地和/或全部地处理一些问题区域。所述的这些问题区域包括例如喷嘴或死区。例如，在喷嘴的情况下，利用具有实际流变性质(即未通过振动而转变成为有效流变性质)的未处理流体将会导致很高的压力梯度。利用具有通过振动转变成的有效流变性质的流体可显著减小该压力梯度。作为另一个例子，通过受控振动的影响作用能激活被处理流体中的一些死区。

优选地是，针对一整组单元或针对若干组单元进行选择性的激发振动。

在本发明的一个特别优选的实施例中，所述的激发振动是通过作用于流体的至少一个机械振动源来实现的。这样就可以把具有不同振幅和不同频率的不同振动引入到流体内。通过这种方式，就能通过不同振动的叠加在选定区域的流体中实现振幅非常大的振动。

在这种情况下，可以部分地通过气动和/或部分地通过液压装置产生所述的振动。有利的是，通过撞击(碰撞)激发，尤其是通过若干连续的撞击激发来产生机械振动。突然的撞击激发等同于大量具有不同振动频率的振动的叠加，从而在一个很大的频率范围中通过撞击激发来产生共振，其中所述的这些振动可通过在一延长的时间段内连续地进行撞击激发来保持。

如果机械振动源由设备或机器部件的至少一个界面组成，那将是特别有利的。通过这种方式，将需要较少的部件，并同时可以受控的方式影响所述的流体。

优选地是，所述的至少一个振动界面具有至少一个位于壁/流体界面的切平面中的振动分量。

通过这种方式，可通过产生一个针对性很强或具有很强目的性的滑动/滑移效应来减小或控制流体/壁的摩擦。这就使本来可能是必须的任何变化变得多余，也无需采用适应于特殊流体的壁面材料。取而代之的是，通过选择切向振动分量的频率和/或振幅，就能在壁和流体之间形成一可控制的摩擦系数。

另外，特别适当地是，所述的至少一个界面具有一个垂直于壁/流体界面的切平面的振动分量。利用界面振动的该垂直分量，可向流体内引入一个特别大的振动能量。通过这种方式，特别是，可以通过壁/流体界面的切向振动分量和垂直振动分量的组合产生一个针对性极强的特定的振动能量并输入到流体内。

在根据本发明的方法的另一个有利的实施例中，振动激发是通过至少一个作用在流体上的电磁波源来实现的。通过电磁波激发的振动，可以在流体上施加一个更温和的影响，如果它们包括临时的或永久的偶极子例如水分子或表面活性剂分子，那么振动激发主要在分子水平或小凝聚物水平上产生。当使用若干个电磁波源时，也可以利用若干个频率或频率范围，并且在流体中可专门地对具有偶极子特性的不同颗粒进行激发，以便产生旋转振动。

与流体相接触的流体/壁的界面可由用于输送流体的管道壁构成，也可以由对流体进行处理的机器的处理元件的表面构成。

尤其是，流体/壁的界面可以由除了振动运动以外不会执行其它运动的界面构成。例如，对于静止混合器来说即是如此。

然而，除了振动运动外，界面还可执行至少一种其它运动，例如平移和/或转动。在这种情况下，由于界面的振动，也会减小壁的摩擦。这对于输送粘性流体的管道或动态混合器来说尤其有利。

本发明的方法可被用于不同的流体流。例如，该流体流可以是夹带流、压力流、夹带流和压力流的组合、膨胀流、剪切流和气穴流。

采用膨胀流和振动的组合是特别有利的。通过凝聚物/聚结物的振动可增强由膨胀流本身造成的解聚集作用。在振动槽搅拌机中，通过膨胀和振动的叠加可非常有利地利用这种协同作用。在利用剪切流进行解聚集的情况下，这种叠加的振动被证明是非常有用的，这是由于这种振动抵制了在层流区域沿着不同流层的解聚集颗粒的反混合作用，从而也就防止了粉末颗粒重新聚集。

在根据本发明的方法的另一个有利的实施例中，振动激发发生在一些选定的频率或频率范围中，尤其是与具有选定的幅度或幅度范围的振动激发相结合。通过这种方式，就能根据相单元的尺寸、类型、组成、形式等向不同的相单元例如颗粒、泡沫、凝聚物等施加针对性很强的选择性的影响。尤其是，还可以把所选择的激发的频率和幅度调节到所涉及流体的处理水平，换句话说，调节到相关相单元的状态。因此，例如在增大颗粒的解聚集作用的情况下，可利用上升的频率连续激发逐渐增大的小颗粒。

尤其是，在这种情况下，利用连续的撞击来产生振动激发也是特别有利的，这是因为通过这些撞击可将一宽的频谱引入所述流体内。

优选地是，执行相互之间具有恒定长度的时间间隔的连续撞击。通过这种方式，可确保在由一次撞击所造成的相单元振动发生衰退之后，对这些相单元重复地进行相同的激发振动，这些激发振动具有大的初始幅度。

优选地是，在每种情况下，也可以使这些连续的撞击彼此之间相隔一个随机长度的时间间隔。通过这种方式，可以防止从外部向流体强加周期性的行为。取而代之的是，由这些相隔随意的时间间隔的连续撞击所造成的振动激发可以防止流体流呈现静止状态。这特别有利于防止分层或反混合。可以采用长度呈正态分布的时间间隔将这些连续撞击分隔开，从而取代随机长度的时间间隔。通过这种方式，可以在具有恒定长度的时间间隔的过程和具有纯随机长度的时间间隔之间实现一种折衷方案。

最适当地是，所选定的振动激发的频率或频率范围是特定类型的相单元在特定振动模式下的固有频率。如前所述，可以以这种方式向特定的类型、尺寸、组成或形式的相单元施加影响。

作为一种支持性的措施，在根据本发明的方法中，还可以向流体中添加至少一种表面活性物质。通过这种方式，可以例如稳定由振动激发所造成的相单元的解聚集作用。已经证实，向流体中添加至少一种用于流体中不同的相单元的表面活性物质是特别有利的。随着处理过程的进行，根据时间和位置来调节不同的振动激发和不同的表面活性物质，可以对不同的方法或过程进行优化。

Claims (45)

1、一种用于影响与设备或机器部件的至少一个界面发生相互作用的流体的流变性质的方法，其特征在于，对形成所述流体的流体单元的至少一部分进行激发从而产生振动。

2、根据权利要求1所方法，其特征在于，对位于所述流体的一些特定区域中的流体单元进行激发从而产生振动。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述流体为由至少一气相、一液相或一固相形成的混合物。

4、根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，由不同的相单元组成一个相。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述相单元选自颗粒、泡沫、凝聚物中的至少一种。

6、根据权利要求3至5所述的方法，其特征在于，所述流体为一悬浮液。

7、根据权利要求3至5所述的方法，其特征在于，所述流体为一乳状液。

8、根据权利要求3至5所述的方法，其特征在于，所述流体为流化粉末或粉末混合物。

9、根据权利要求3至5所述的方法，其特征在于，所述流体为泡沫或泡沫混合物。

10、根据权利要求3至5所述的方法，其特征在于，所述流体为胶体或胶体混合物。

11、根据权利要求3至5所述的方法，其特征在于，所述流体为聚合物或聚合物混合物。

12、根据权利要求3至11之一所述的方法，其特征在于，选择性地对不同类型的流体单元进行激发从而产生振动。

13、根据权利要求3至12之一所述的方法，其特征在于，选择性地对一组或若干组单元进行激发从而产生振动。

14、根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，利用作用于流体上的至少一个机械振动源来实现振动激发。

15、根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述振动至少部分地通过气动装置产生。

16、根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述振动至少部分地通过液压装置产生。

17、根据权利要求14或16所述的方法，其特征在于，所述机械振动由撞击激发造成。

18、根据权利要求17所述的方法，其特征在于，发生若干连续的撞击激发。

19、根据权利要求14至18之一所述的方法，其特征在于，所述机械振动源为所述设备或机器部件的至少一个界面。

20、根据权利要求14至19之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个振动界面具有至少一个位于壁/流体的界面的切平面中的振动分量。

21、根据权利要求12至20之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个界面具有一垂直于所述壁/流体的界面的切平面的振动分量。

22、根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过作用于所述流体上的至少一个电磁波源执行所述振动激发。

23、根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，与所述流体相接触的界面为用于输送所述流体的管道壁。

24、根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，与所述流体相接触的界面为用于对所述流体进行处理的处理元件的壁和/或表面。

25、根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，除了振动运动以外，所述界面不执行其它运动。

26、根据权利要求23或24之一所方法，其特征在于，除了所述界面的振动运动以外，所述界面还执行至少一种其它运动。

27、根据前述权利要求26所述的方法，其特征在于，所述界面的至少一种其它运动为平移。

28、根据前述权利要求26或27所述的方法，其特征在于，所述界面的至少一种其它运动为转动。

29、根据前述权利要求26至28之一所述的方法，其特征在于，除了所述界面的振动运动以外，所述界面还进行平移和转动。

30、根据前述权利要求23至29之一所述的方法，其特征在于，使所述流体成为一夹带流。

31、根据前述权利要求23至29之一所述的方法，其特征在于，使所述的流体成为一压力流。

32、根据前述权利要求23至29之一所述的方法，其特征在于，使所述流体成为夹带流和压力流的组合。

33、根据前述权利要求23至32之一所述的方法，其特征在于，使所述流体成为一膨胀流。

34、根据前述权利要求23至33之一所述的方法，其特征在于，使所述流体成为一剪切流。

35、根据前述权利要求23至34之一所述的方法，其特征在于，使所述流体成为一气穴流。

36、根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在选定的一些频率或频率范围中进行所述振动激发。

37、根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，利用选定的振幅或振幅范围进行所述振动激发。

38、根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，利用连续的撞击进行所述振动激发。

39、根据权利要求38所述的方法，其特征在于，所述连续的撞击相隔恒定长度的时间间隔。

40、根据权利要求38所述的方法，其特征在于，所述连续的撞击相隔随机长度的时间间隔。

41、根据权利要求38所述的方法，其特征在于，所述连续的撞击相隔呈正态分布的长度的时间间隔。

42、根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，执行具有选定振幅和/或振幅范围的振动激发。

43、根据权利要求36至42之一所述的方法，其特征在于，所选定的频率为特定类型的相单元在特定振动模式下所具有的固有频率。

44、根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，向所述流体中添加至少一表面活性物质。

45、根据权利要求33所述的方法，其特征在于，为所述流体的不同相单元添加至少一种特定的表面活性物质。