專利名稱：通過(guò)振動(dòng)影響流體的流變性質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1的前序部分所述的用于影響流體的流變性質(zhì)的方法。
在食物和非食物行業(yè)，在許多產(chǎn)品的加工過(guò)程中，特別是在加工操作期間，產(chǎn)品的流變性質(zhì)對(duì)可獲得的最終產(chǎn)品的質(zhì)量起著決定性的作用。
對(duì)流化批量材料(bulk materials)通過(guò)剪切、拉長(zhǎng)或流化不僅能對(duì)諸如粘性流體的批量產(chǎn)品的‘流變性質(zhì)’施加影響，而且還能對(duì)粘彈性糊狀物或彈性體混合物的批量產(chǎn)品的‘流變性質(zhì)’施加影響。
通常，這些產(chǎn)品經(jīng)常是不同相(例如懸浮液、乳狀液)的均質(zhì)混合物。因此，在這個(gè)方面特別重要的是要控制批量產(chǎn)品流。在此方面，在流體流中與流動(dòng)流體的主要部分具有不同行為方式的部分流體所在的一些特定位置常常會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題。例如，在流動(dòng)的流體和機(jī)器或管道內(nèi)表面之間的界面是值得注意的位置，在這些位置常常會(huì)發(fā)生很強(qiáng)的摩擦和/或產(chǎn)品流的速率大大降低。這樣所導(dǎo)致的負(fù)面結(jié)果是，例如駐留時(shí)間范圍過(guò)寬、分層、關(guān)于時(shí)間和位置的溫度峰值等。
此外，在對(duì)一些特定流體進(jìn)行處理的情況下，給定的機(jī)器常常達(dá)到它的性能和穩(wěn)定的極限。于是，通常的補(bǔ)救措施是將機(jī)器制造得更堅(jiān)固或更穩(wěn)固，從而就導(dǎo)致機(jī)器更加昂貴。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中用于加工處理可流動(dòng)產(chǎn)品的方法和設(shè)備中存在的這些缺陷和不足，尤其是在對(duì)這些產(chǎn)品的流變性質(zhì)施加影響方面作出改進(jìn)。
本發(fā)明的目的是通過(guò)權(quán)利要求1的特征部分中的技術(shù)特征來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
通過(guò)對(duì)形成流體的流體單元的至少一部分進(jìn)行激發(fā)，可以對(duì)至少部分流體的流變性質(zhì)造成特定的影響。尤其是，在流體/機(jī)器分界面處能減小內(nèi)部流體摩擦和外部流體摩擦。這樣就能減小輸入到流體內(nèi)的能量，從而，一方面可使機(jī)器的使用壽命顯著延長(zhǎng)，另一方面，可制造出尺寸更大的機(jī)器，而且不會(huì)達(dá)到機(jī)器所提供的動(dòng)力/性能以及機(jī)器穩(wěn)定性的極限。換句話說(shuō)，在相同容量的情況下可增大生產(chǎn)量。
激發(fā)振動(dòng)還表示對(duì)流體施加影響，以此可使實(shí)際的流變性質(zhì)轉(zhuǎn)變成有效的流變性質(zhì)。不是盡力全面地去針對(duì)和控制一實(shí)際流體的復(fù)雜流變性質(zhì)，已證明有利的做法是，通過(guò)對(duì)形成流體的一些流體單元施加振動(dòng)，使實(shí)際的流變性質(zhì)轉(zhuǎn)變成有效的流變性質(zhì)，其中所述的有效的流變性質(zhì)比實(shí)際的流變性質(zhì)更易處理，所述的有效的流變性質(zhì)基于所述的實(shí)際的流變性質(zhì)。換句話說(shuō)，利用振動(dòng)來(lái)“人工”地改變流體，使得至少在這種經(jīng)改變的狀態(tài)下的流體更容易被控制。
優(yōu)選地是，在非常特定的流體區(qū)域內(nèi)對(duì)流體單元進(jìn)行激發(fā)，從而產(chǎn)生振動(dòng)。例如，通過(guò)受控的激發(fā)振動(dòng)，可以減小流體在凹腔和死區(qū)的駐留時(shí)間，也能減小壁/流體分界面上(尤其是輸送流體的管道中)的摩擦。這樣就可以減小在管道中被輸送的或在機(jī)器中被處理的流體的駐留時(shí)間范圍，并導(dǎo)致可節(jié)省材料和能源消耗。
流體可以是至少一氣相、一液相或一固相所組成的混合物，每個(gè)相由不同的相單元(有限元)組成。特別是，這些相單元可以是顆粒、泡沫或凝聚物，從而所述流體為懸浮液、乳狀液、流化粉末或粉末混合物、泡沫或泡沫混合物、或者膠體或膠體混合物。特別是，流體還可以是聚合物或聚合物混合物。在所有這些流體中，上面所提到的優(yōu)選實(shí)施例可以對(duì)流體局部地或全部地造成影響。
適當(dāng)?shù)氖?，選擇性地對(duì)流體中不同類(lèi)型的單元進(jìn)行激發(fā)，從而產(chǎn)生振動(dòng)。在這種情況下還能局部地和/或全部地處理一些問(wèn)題區(qū)域。所述的這些問(wèn)題區(qū)域包括例如噴嘴或死區(qū)。例如，在噴嘴的情況下，利用具有實(shí)際流變性質(zhì)(即未通過(guò)振動(dòng)而轉(zhuǎn)變成為有效流變性質(zhì))的未處理流體將會(huì)導(dǎo)致很高的壓力梯度。利用具有通過(guò)振動(dòng)轉(zhuǎn)變成的有效流變性質(zhì)的流體可顯著減小該壓力梯度。作為另一個(gè)例子，通過(guò)受控振動(dòng)的影響作用能激活被處理流體中的一些死區(qū)。
優(yōu)選地是，針對(duì)一整組單元或針對(duì)若干組單元進(jìn)行選擇性的激發(fā)振動(dòng)。
在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的激發(fā)振動(dòng)是通過(guò)作用于流體的至少一個(gè)機(jī)械振動(dòng)源來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這樣就可以把具有不同振幅和不同頻率的不同振動(dòng)引入到流體內(nèi)。通過(guò)這種方式，就能通過(guò)不同振動(dòng)的疊加在選定區(qū)域的流體中實(shí)現(xiàn)振幅非常大的振動(dòng)。
在這種情況下，可以部分地通過(guò)氣動(dòng)和/或部分地通過(guò)液壓裝置產(chǎn)生所述的振動(dòng)。有利的是，通過(guò)撞擊(碰撞)激發(fā)，尤其是通過(guò)若干連續(xù)的撞擊激發(fā)來(lái)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。突然的撞擊激發(fā)等同于大量具有不同振動(dòng)頻率的振動(dòng)的疊加，從而在一個(gè)很大的頻率范圍中通過(guò)撞擊激發(fā)來(lái)產(chǎn)生共振，其中所述的這些振動(dòng)可通過(guò)在一延長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)連續(xù)地進(jìn)行撞擊激發(fā)來(lái)保持。
如果機(jī)械振動(dòng)源由設(shè)備或機(jī)器部件的至少一個(gè)界面組成，那將是特別有利的。通過(guò)這種方式，將需要較少的部件，并同時(shí)可以受控的方式影響所述的流體。
優(yōu)選地是，所述的至少一個(gè)振動(dòng)界面具有至少一個(gè)位于壁/流體界面的切平面中的振動(dòng)分量。
通過(guò)這種方式，可通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)針對(duì)性很強(qiáng)或具有很強(qiáng)目的性的滑動(dòng)/滑移效應(yīng)來(lái)減小或控制流體/壁的摩擦。這就使本來(lái)可能是必須的任何變化變得多余，也無(wú)需采用適應(yīng)于特殊流體的壁面材料。取而代之的是，通過(guò)選擇切向振動(dòng)分量的頻率和/或振幅，就能在壁和流體之間形成一可控制的摩擦系數(shù)。
另外，特別適當(dāng)?shù)厥?，所述的至少一個(gè)界面具有一個(gè)垂直于壁/流體界面的切平面的振動(dòng)分量。利用界面振動(dòng)的該垂直分量，可向流體內(nèi)引入一個(gè)特別大的振動(dòng)能量。通過(guò)這種方式，特別是，可以通過(guò)壁/流體界面的切向振動(dòng)分量和垂直振動(dòng)分量的組合產(chǎn)生一個(gè)針對(duì)性極強(qiáng)的特定的振動(dòng)能量并輸入到流體內(nèi)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)有利的實(shí)施例中，振動(dòng)激發(fā)是通過(guò)至少一個(gè)作用在流體上的電磁波源來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)電磁波激發(fā)的振動(dòng)，可以在流體上施加一個(gè)更溫和的影響，如果它們包括臨時(shí)的或永久的偶極子例如水分子或表面活性劑分子，那么振動(dòng)激發(fā)主要在分子水平或小凝聚物水平上產(chǎn)生。當(dāng)使用若干個(gè)電磁波源時(shí)，也可以利用若干個(gè)頻率或頻率范圍，并且在流體中可專門(mén)地對(duì)具有偶極子特性的不同顆粒進(jìn)行激發(fā)，以便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。
與流體相接觸的流體/壁的界面可由用于輸送流體的管道壁構(gòu)成，也可以由對(duì)流體進(jìn)行處理的機(jī)器的處理元件的表面構(gòu)成。
尤其是，流體/壁的界面可以由除了振動(dòng)運(yùn)動(dòng)以外不會(huì)執(zhí)行其它運(yùn)動(dòng)的界面構(gòu)成。例如，對(duì)于靜止混合器來(lái)說(shuō)即是如此。
然而，除了振動(dòng)運(yùn)動(dòng)外，界面還可執(zhí)行至少一種其它運(yùn)動(dòng)，例如平移和/或轉(zhuǎn)動(dòng)。在這種情況下，由于界面的振動(dòng)，也會(huì)減小壁的摩擦。這對(duì)于輸送粘性流體的管道或動(dòng)態(tài)混合器來(lái)說(shuō)尤其有利。
本發(fā)明的方法可被用于不同的流體流。例如，該流體流可以是夾帶流、壓力流、夾帶流和壓力流的組合、膨脹流、剪切流和氣穴流。
采用膨脹流和振動(dòng)的組合是特別有利的。通過(guò)凝聚物/聚結(jié)物的振動(dòng)可增強(qiáng)由膨脹流本身造成的解聚集作用。在振動(dòng)槽攪拌機(jī)中，通過(guò)膨脹和振動(dòng)的疊加可非常有利地利用這種協(xié)同作用。在利用剪切流進(jìn)行解聚集的情況下，這種疊加的振動(dòng)被證明是非常有用的，這是由于這種振動(dòng)抵制了在層流區(qū)域沿著不同流層的解聚集顆粒的反混合作用，從而也就防止了粉末顆粒重新聚集。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)有利的實(shí)施例中，振動(dòng)激發(fā)發(fā)生在一些選定的頻率或頻率范圍中，尤其是與具有選定的幅度或幅度范圍的振動(dòng)激發(fā)相結(jié)合。通過(guò)這種方式，就能根據(jù)相單元的尺寸、類(lèi)型、組成、形式等向不同的相單元例如顆粒、泡沫、凝聚物等施加針對(duì)性很強(qiáng)的選擇性的影響。尤其是，還可以把所選擇的激發(fā)的頻率和幅度調(diào)節(jié)到所涉及流體的處理水平，換句話說(shuō)，調(diào)節(jié)到相關(guān)相單元的狀態(tài)。因此，例如在增大顆粒的解聚集作用的情況下，可利用上升的頻率連續(xù)激發(fā)逐漸增大的小顆粒。
尤其是，在這種情況下，利用連續(xù)的撞擊來(lái)產(chǎn)生振動(dòng)激發(fā)也是特別有利的，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)這些撞擊可將一寬的頻譜引入所述流體內(nèi)。
優(yōu)選地是，執(zhí)行相互之間具有恒定長(zhǎng)度的時(shí)間間隔的連續(xù)撞擊。通過(guò)這種方式，可確保在由一次撞擊所造成的相單元振動(dòng)發(fā)生衰退之后，對(duì)這些相單元重復(fù)地進(jìn)行相同的激發(fā)振動(dòng)，這些激發(fā)振動(dòng)具有大的初始幅度。
優(yōu)選地是，在每種情況下，也可以使這些連續(xù)的撞擊彼此之間相隔一個(gè)隨機(jī)長(zhǎng)度的時(shí)間間隔。通過(guò)這種方式，可以防止從外部向流體強(qiáng)加周期性的行為。取而代之的是，由這些相隔隨意的時(shí)間間隔的連續(xù)撞擊所造成的振動(dòng)激發(fā)可以防止流體流呈現(xiàn)靜止?fàn)顟B(tài)。這特別有利于防止分層或反混合?？梢圆捎瞄L(zhǎng)度呈正態(tài)分布的時(shí)間間隔將這些連續(xù)撞擊分隔開(kāi)，從而取代隨機(jī)長(zhǎng)度的時(shí)間間隔。通過(guò)這種方式，可以在具有恒定長(zhǎng)度的時(shí)間間隔的過(guò)程和具有純隨機(jī)長(zhǎng)度的時(shí)間間隔之間實(shí)現(xiàn)一種折衷方案。
最適當(dāng)?shù)厥?，所選定的振動(dòng)激發(fā)的頻率或頻率范圍是特定類(lèi)型的相單元在特定振動(dòng)模式下的固有頻率。如前所述，可以以這種方式向特定的類(lèi)型、尺寸、組成或形式的相單元施加影響。
作為一種支持性的措施，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，還可以向流體中添加至少一種表面活性物質(zhì)。通過(guò)這種方式，可以例如穩(wěn)定由振動(dòng)激發(fā)所造成的相單元的解聚集作用。已經(jīng)證實(shí)，向流體中添加至少一種用于流體中不同的相單元的表面活性物質(zhì)是特別有利的。隨著處理過(guò)程的進(jìn)行，根據(jù)時(shí)間和位置來(lái)調(diào)節(jié)不同的振動(dòng)激發(fā)和不同的表面活性物質(zhì)，可以對(duì)不同的方法或過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。
權(quán)利要求
1.一種用于影響與設(shè)備或機(jī)器部件的至少一個(gè)界面發(fā)生相互作用的流體的流變性質(zhì)的方法，其特征在于，對(duì)形成所述流體的流體單元的至少一部分進(jìn)行激發(fā)從而產(chǎn)生振動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所方法，其特征在于，對(duì)位于所述流體的一些特定區(qū)域中的流體單元進(jìn)行激發(fā)從而產(chǎn)生振動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述流體為由至少一氣相、一液相或一固相形成的混合物。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，由不同的相單元組成一個(gè)相。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述相單元選自顆粒、泡沫、凝聚物中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5所述的方法，其特征在于，所述流體為一懸浮液。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至5所述的方法，其特征在于，所述流體為一乳狀液。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至5所述的方法，其特征在于，所述流體為流化粉末或粉末混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至5所述的方法，其特征在于，所述流體為泡沫或泡沫混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求3至5所述的方法，其特征在于，所述流體為膠體或膠體混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求3至5所述的方法，其特征在于，所述流體為聚合物或聚合物混合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求3至11之一所述的方法，其特征在于，選擇性地對(duì)不同類(lèi)型的流體單元進(jìn)行激發(fā)從而產(chǎn)生振動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求3至12之一所述的方法，其特征在于，選擇性地對(duì)一組或若干組單元進(jìn)行激發(fā)從而產(chǎn)生振動(dòng)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，利用作用于流體上的至少一個(gè)機(jī)械振動(dòng)源來(lái)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)激發(fā)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述振動(dòng)至少部分地通過(guò)氣動(dòng)裝置產(chǎn)生。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述振動(dòng)至少部分地通過(guò)液壓裝置產(chǎn)生。
17.根據(jù)權(quán)利要求14或16所述的方法，其特征在于，所述機(jī)械振動(dòng)由撞擊激發(fā)造成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，發(fā)生若干連續(xù)的撞擊激發(fā)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至18之一所述的方法，其特征在于，所述機(jī)械振動(dòng)源為所述設(shè)備或機(jī)器部件的至少一個(gè)界面。
20.根據(jù)權(quán)利要求14至19之一所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)振動(dòng)界面具有至少一個(gè)位于壁/流體的界面的切平面中的振動(dòng)分量。
21.根據(jù)權(quán)利要求12至20之一所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)界面具有一垂直于所述壁/流體的界面的切平面的振動(dòng)分量。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，通過(guò)作用于所述流體上的至少一個(gè)電磁波源執(zhí)行所述振動(dòng)激發(fā)。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，與所述流體相接觸的界面為用于輸送所述流體的管道壁。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，與所述流體相接觸的界面為用于對(duì)所述流體進(jìn)行處理的處理元件的壁和/或表面。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，除了振動(dòng)運(yùn)動(dòng)以外，所述界面不執(zhí)行其它運(yùn)動(dòng)。
26.根據(jù)權(quán)利要求23或24之一所方法，其特征在于，除了所述界面的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)以外，所述界面還執(zhí)行至少一種其它運(yùn)動(dòng)。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述界面的至少一種其它運(yùn)動(dòng)為平移。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求26或27所述的方法，其特征在于，所述界面的至少一種其它運(yùn)動(dòng)為轉(zhuǎn)動(dòng)。
29.根據(jù)前述權(quán)利要求26至28之一所述的方法，其特征在于，除了所述界面的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)以外，所述界面還進(jìn)行平移和轉(zhuǎn)動(dòng)。
30.根據(jù)前述權(quán)利要求23至29之一所述的方法，其特征在于，使所述流體成為一夾帶流。
31.根據(jù)前述權(quán)利要求23至29之一所述的方法，其特征在于，使所述的流體成為一壓力流。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求23至29之一所述的方法，其特征在于，使所述流體成為夾帶流和壓力流的組合。
33.根據(jù)前述權(quán)利要求23至32之一所述的方法，其特征在于，使所述流體成為一膨脹流。
34.根據(jù)前述權(quán)利要求23至33之一所述的方法，其特征在于，使所述流體成為一剪切流。
35.根據(jù)前述權(quán)利要求23至34之一所述的方法，其特征在于，使所述流體成為一氣穴流。
36.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在選定的一些頻率或頻率范圍中進(jìn)行所述振動(dòng)激發(fā)。
37.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，利用選定的振幅或振幅范圍進(jìn)行所述振動(dòng)激發(fā)。
38.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，利用連續(xù)的撞擊進(jìn)行所述振動(dòng)激發(fā)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述連續(xù)的撞擊相隔恒定長(zhǎng)度的時(shí)間間隔。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述連續(xù)的撞擊相隔隨機(jī)長(zhǎng)度的時(shí)間間隔。
41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述連續(xù)的撞擊相隔呈正態(tài)分布的長(zhǎng)度的時(shí)間間隔。
42.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，執(zhí)行具有選定振幅和/或振幅范圍的振動(dòng)激發(fā)。
43.根據(jù)權(quán)利要求36至42之一所述的方法，其特征在于，所選定的頻率為特定類(lèi)型的相單元在特定振動(dòng)模式下所具有的固有頻率。
44.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，向所述流體中添加至少一表面活性物質(zhì)。
45.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，為所述流體的不同相單元添加至少一種特定的表面活性物質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于影響與裝置或機(jī)器部分的至少一個(gè)接觸表面相互作用的流體的流變性質(zhì)的方法。其中，使構(gòu)成所述流體的流體單元的至少一部分經(jīng)受振動(dòng)，并將所述裝置或機(jī)器部分的所述至少一個(gè)接觸表面作為一機(jī)械振動(dòng)源。
文檔編號(hào)F15D1/00GK1531631SQ02813365
公開(kāi)日2004年9月22日 申請(qǐng)日期2002年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月5日
發(fā)明者鮑里斯·烏里沃, 鮑里斯 烏里沃 申請(qǐng)人:布勒公司