穿流攪拌槳強(qiáng)化流體混合行為的研究.pdf

1、攪拌反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于化工、冶金、生物工程等工業(yè)過(guò)程中，其經(jīng)濟(jì)性與流體混合性能密切相關(guān)。研究表明，攪拌器近70％的能量集中耗散在槳葉尖端，從而在槳葉的尖端區(qū)域形成流體湍流區(qū)。因而，控制攪拌反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，具有十分重要的意義。
　　眾所周知，攪拌槳是攪拌反應(yīng)器的核心部件，它向流體提供所需要的能量并形成一定的流場(chǎng)。為此，攪拌槳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改進(jìn)及其流場(chǎng)的分析是強(qiáng)化流體混合研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。結(jié)合具體實(shí)際，人們研發(fā)出了多種新型的攪拌槳，它們能很

2、好的改善流場(chǎng)分布，有利于流體混合。其中，穿流槳具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)用范圍廣等特點(diǎn)，因此，對(duì)穿流槳強(qiáng)化流體混合行為研究具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。
　　本文主要以六直葉圓盤(pán)渦輪槳(DT)和六斜葉下壓渦輪槳(PTD)為基礎(chǔ)，分別以在槳葉上開(kāi)設(shè)一個(gè)直徑為10mm的大孔和五個(gè)直徑為5mm的小孔而形成的穿流槳為研究對(duì)象，即BDT、LDT、BPTD和LPTD。首先，分別測(cè)量并計(jì)算混合時(shí)間、K熵和最大Lyapunov指數(shù)，分析穿流攪拌槳流體的宏觀

3、混沌混合行為。其次，利用FLUENT軟件計(jì)算并分析穿流攪拌槳流場(chǎng)分布，可以得到如下結(jié)論：
　?、偻ㄟ^(guò)測(cè)量并計(jì)算流體混合時(shí)間、K熵和最大Lyapunov指數(shù)可知，在低攪拌速度時(shí)，穿流孔對(duì)流體混沌混合效果作用不佳，甚至不利于流體混合；在攪拌轉(zhuǎn)速大于1.41rps時(shí)，穿流槳流體混合時(shí)間減小，K熵和最大 Lyapunov指數(shù)迅速變大，攪拌反應(yīng)器內(nèi)流體混沌運(yùn)動(dòng)更明顯，因此，穿流槳有利于攪拌反應(yīng)器內(nèi)流體實(shí)現(xiàn)混沌混合，提高流體混合效率。

4、　?、诶肍LUENT軟件計(jì)算穿流槳及其附近流場(chǎng)分布。通過(guò)分析流場(chǎng)壓差、速度梯度和尾渦的形狀變化可知，大穿流孔通常對(duì)穿流槳葉前后的壓差削弱作用更大、范圍更寬，使得其附近的速度梯度變小，槳葉附近尾渦的強(qiáng)度減小，尾渦的形狀與傳統(tǒng)槳相似；然而，小穿流孔對(duì)穿流槳葉前后壓差削弱作用很小，作用范圍也僅限于穿流孔附近的小片流場(chǎng)區(qū)域，使得穿流槳附近的速度梯度與傳統(tǒng)槳差異不大，槳葉附近尾渦的強(qiáng)度也沒(méi)減小。但是，小穿流孔能使其附近的漩渦的尺度變更小、更均勻