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                                              高壓射流均質機的超微粉碎機理研究

                                              在化工與食品**域中 , 均質和粉碎是兩個重要
                                              的單元操作。液態物料的微細化處理稱為均質, 對
                                              固態物料的微細化處理稱之為粉碎。實質上, 這兩
                                              種單元操作都是對物料的微細化處理。高壓射流均
                                              質機的物料微細化處理操作壓力可達百兆帕以上 ,
                                              且處理后的懸浮顆粒直徑可在納米范圍, 該裝置也
                                              稱為超高壓均質機或納米均質機。除了在奶制品、
                                              果汁等的均質或滅菌操作中發揮作用外, 它對懸濁液中懸浮物的超微粉碎作用和在細胞胞內物提取的應用也十分有效[ 1 -2] 。隨著納米技術在化工、食品、生物醫藥等**域的應用 ,基于濕法粉碎原理, 利用高壓射流均質機進行超微粉碎的研究已成為研究熱點 ,但其粉碎機理、微細化程度的影響因素等研究并不成熟。本研究針對高壓射流均質機的**部件射流閥內部結構, 結合 Grifith的強度理論和計算流體動力學的數值模擬 , 通過超微粉碎的作用形式和效果研究 ,深入探討和分析了超高壓粉碎機理。

                                              1  粉碎理論
                                              .
                                              方向的另一股射流進行高速碰撞, 則形成標靶撞擊粉碎,強化粉碎效果, 完成料液中懸浮顆粒的超微粉碎。射流閥結構和工作原理如圖 1所示。

                                              當液流中的懸浮顆粒在閥孔入口附近經歷高壓迅速降低的過程 , 儲存在懸浮顆粒中的應變能會隨之釋放 ,懸浮顆粒產生回彈和松弛應變 ,使得懸浮顆粒處于三向等拉的狀態 , 在三向等拉狀態下顆粒呈現脆性狀態 , 此時材料的抗拉強度遠遠低于其抗壓強度,應變能的突然釋放和慣性作用導致懸浮顆粒的拉應力破壞。
                                               
                                              除此之外,液流經歷高壓迅速變為低壓時,如圖 6 的負壓和低壓區 ,當液流的局部壓力低于液流的蒸汽壓,部分液體蒸發而形成汽泡。由于壓力的突升和突降會導致液體中的微粒雜質(如固體微粒、微生物、微氣泡 )周圍,存在氣泡瞬時大量生成和破滅 ,這就形成了空化現象。 Hammit[6]通過計算和實測得出游移型空泡潰滅時,近壁處微射流速度可達70~ 180m/s,在物體表面產生的沖擊力可高達 140~ 170MPa。當液流中產生、發育、潰滅時 , 則空泡潰滅的沖擊壓強將作用在附近懸浮顆粒上 , 同時微射流的作用將象錘擊一樣連續地打擊著懸浮顆粒壁面, 這兩種作用均可使過流的懸浮微粒壁面的局部地區遭受空蝕破壞。
                                               
                                              3.2  經過和離開閥孔
                                               
                                              物料經過閥孔和從閥孔噴出 ,如果前后流道相對于閥孔直徑較大情況下 , 閥孔出口后流道內呈現自由射流狀態。圖 7為柱塞泵轉速固定且無撞擊靶板條件下液流經直徑 0.1mm的閥孔后進入夾板空腔的速度分布數值模擬圖。
                                               
                                              圖 7表明,靠近夾板孔壁的地方存在回流現象 , 回流到達閥孔出口時速度降低。圖 7的速度矢量表明 ,閥孔出口后腔內出現負壓 ,孔內近壁處少量液體

                                              圖 8  流道軸線方向各位置速度大小
                                               
                                              高速液流與靶板的撞擊過程在瞬間完成 , 碰撞過程中出現應力波傳播、局部區域的彈塑性變形以及局部破壞等現象[ 8] 。應力波與撞擊應力的共同作用是造成撞擊破壞的原因。液流中懸浮顆粒高速沖向靶板, 具有很大的撞擊動能, 撞擊瞬間動能轉變瞬間沖擊力, 當破壞應力 σ超過了固體材料的動態斷裂強度 σc,固體材料即發生斷裂。此外 ,液流中懸浮顆粒撞擊后, 由破壞應力產生裂紋 ,受到應力波的反復作用 , 材料的應變速率加大 , 導致脆性破壞, 強化粉碎效果。
                                               
                                              4  結論
                                               
                                              4.1 閥孔入口前后軸線方向較小范圍內 , 巨大的壓力梯度是懸浮顆粒受力剪切、斷裂的直接原因。結合實驗和模擬分析 ,結果表明, 液流加速進入閥孔階段, 壓力梯度作用形式和粉碎作用效果比較明顯。
                                               
                                              4.2 閥孔入口前后軸線方向較小范圍內 , 高壓迅速變為低壓為壓力釋放效應和空化作用的產生提供條件, 二者強化了液流中懸浮顆粒的微細化作用。
                                              4.3 液流經過和離開閥孔與標靶撞擊時 , 由于湍流造成碰撞和摩擦以及靶板撞擊作用對懸浮顆粒的粉碎作用起到了強化效果。
                                              3  結論        
                                                       
                                              小于 10kGy的輻照條件對普魯蘭可食膜的各個
                                              性能影響較小??估瓘姸壬? 斷裂伸長率和水蒸
                                              氣透過系數降低 , 透光率和阻氧性保持幾乎不變。
                                              在 24周的儲藏時間內 ,輻照后的普魯蘭可食膜的各
                                              個性能也都比較穩定。因此可食用膜采用輻照殺菌
                                              具有一定的可行性, 這為普魯蘭膜的工業化生產提
                                              供了一定的理論依據。

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