灌裝機(jī)械中粘性流體斷流機(jī)理與技術(shù)研究.pdf

1、在粘性流體灌裝計(jì)量充填中，對(duì)于計(jì)量精度要求越來越高。特別是貴重的食品、藥品和保健品計(jì)量精度要求很高。而影響計(jì)量精度的關(guān)鍵在于計(jì)量充填機(jī)構(gòu)的充填出流口處的斷流。
　　 斷流指流體在灌裝機(jī)械中進(jìn)行計(jì)量充填時(shí)完成一個(gè)單元流體物料的結(jié)束過程。流體物料在計(jì)量充填機(jī)構(gòu)充填動(dòng)作完成后往往產(chǎn)生粘連，使流體物料單元之間或流體物料與充填出流口之間不能斷開，有時(shí)導(dǎo)致物料粘附在包裝封口處影響封口質(zhì)量，粘稠流體的充填更為突出。分析表明影響粘稠流體在灌裝計(jì)

2、量充填的斷流效果關(guān)鍵因素之一是充填管口特性。本研究問題就是探索充填管口特性對(duì)粘性流體斷流效果的影響理論與技術(shù)問題。
　　 粘性流體在充填管口內(nèi)的壓力分布及其變化，將影響到斷流。充填管口內(nèi)流體的壓力分布和變化與管口孔形有直接的關(guān)系。試驗(yàn)表明，用不同的充填管口進(jìn)行計(jì)量，充填口處產(chǎn)生壓力降，壓力降小的充填管口更有利于斷流。這是因?yàn)閴毫敌?，使流體物料在管口內(nèi)滯留的時(shí)間短，從而有利于斷流。而在出流口處，因施壓而使流體流出進(jìn)行充填，其流體

3、分別產(chǎn)生層流、紊流和流層能量損失。這些流動(dòng)特性決定了出口處液滴的形成問題，進(jìn)一步影響到流體充填時(shí)的斷流。影響斷流的因素很多，包括孔徑，充填機(jī)構(gòu)擠出壓力，流體在孔口壁處的表面張力，流體粘度和溫度，流體的毛細(xì)管現(xiàn)象、充填管出流孔口結(jié)構(gòu)與形狀等。
　　 本文的研究具有較大的理論性。建立粘性流體的動(dòng)表面張力模型和斷流管徑數(shù)學(xué)模型，并研究流體特性與出流計(jì)量機(jī)構(gòu)流通管徑之間的內(nèi)在關(guān)系，是一種全新的研究探索。借助流體力學(xué)和機(jī)械傳動(dòng)已有的三種研

4、究方法。理論分析法、實(shí)驗(yàn)研究法、數(shù)值計(jì)算法。本文的研究主要采用理論分析法與實(shí)驗(yàn)研究法相結(jié)合進(jìn)行，可豐富現(xiàn)有的流體機(jī)械理論和灌裝機(jī)械設(shè)計(jì)理論。
　　 第一章將流體斷流研究相關(guān)理論分成兩個(gè)階段進(jìn)行文獻(xiàn)綜述。這兩個(gè)階段就是流體斷流相關(guān)的流體力學(xué)研究歷史回顧和流體斷流相關(guān)的當(dāng)代研究。前一階段主要是流體力學(xué)的研究，其中包含一些流體斷流的局部內(nèi)容；后一階段形成了一些與流體斷流相關(guān)概念，但是都沒有系統(tǒng)的研究。同時(shí)論述了課題擬研究的問題、研究的

5、方法和研究的學(xué)術(shù)意義與應(yīng)用價(jià)值。
　　 第二章根據(jù)雷諾實(shí)驗(yàn)的研究方法和流體在管道中的流動(dòng)特性，研究分析了流體流經(jīng)表面對(duì)圓管層流特性的影響，管口流體出流特性，斷流的物理意義，流體單元受力等問題。然后設(shè)計(jì)了粘性流體斷流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(裝置)，最后根據(jù)出流管口粘性流體的平衡問題建立了粘性流體斷流的數(shù)學(xué)模型。分別得到了鉛垂方向圓形出流管口(噴嘴)在動(dòng)力學(xué)條件下斷流管徑的數(shù)學(xué)模型和靜力學(xué)條件下斷流管徑的數(shù)學(xué)模型，按雷諾數(shù)來界定，前者適應(yīng)高速充填

6、包裝，后者適應(yīng)于中低速充填包裝。
　　 第三章利用能量法對(duì)粘性流體在流動(dòng)中的損失進(jìn)行了研究。分別分析了對(duì)理想流體、實(shí)際流體流動(dòng)中的能量平衡，圓管內(nèi)層流沿程損失、圓管內(nèi)紊流沿程損失、圓管內(nèi)流體沿程損失和變截面內(nèi)流體沿程損失問題，同時(shí)研究了不同變截管孔的當(dāng)量直徑。它們都會(huì)影響到粘性流體在流動(dòng)中的斷流，其決定因素雷諾數(shù)和能量。
　　 第四章主要研究不同孔口出流時(shí)的壓力、出流狀態(tài)、不同出流孔口形狀對(duì)粘性流體斷流的影響和比較。重點(diǎn)

7、研究均壓方孔間隙流動(dòng)，均壓平行端面的徑向流動(dòng)，孔口間隙與功率損失的關(guān)系，出流管口對(duì)粘性流體斷流效果的影響。這些都影響到粘性流體的流動(dòng)特性和斷流，分析結(jié)論表明圓孔比方孔更利于斷流。
　　 第五章對(duì)試驗(yàn)步驟、方法、過程進(jìn)行了設(shè)計(jì)，確定四種不同粘度流體物料進(jìn)行試驗(yàn)，利用建立的數(shù)學(xué)模型式進(jìn)行斷流管徑試驗(yàn)，得到相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、整理和分析。最后通過對(duì)數(shù)學(xué)模型的線性化分析，驗(yàn)證了流體斷流管徑數(shù)學(xué)模型的可靠性。
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