變速攪拌槽內(nèi)流場的數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、攪拌槽在石油化工、生物工程以及制藥工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，當所處理的介質(zhì)為高粘度流體或者對剪切力敏感時，流體處于低雷諾數(shù)的層流狀態(tài)，槽內(nèi)存在混合隔離區(qū)，影響混合效果。隨著非線性理論與混沌理論的發(fā)展，人們開始利用混沌現(xiàn)象來消除隔離區(qū)，增強層流狀態(tài)下流體的混合。研究表明，變速攪拌可以誘發(fā)混沌混合，改善混合效果，但目前對變速攪拌的研究主要集中于實驗研究，數(shù)值模擬研究較少。 本文采用數(shù)值模擬與實驗相結(jié)合的方法對變速攪拌槽內(nèi)的

2、流場及混合特性進行研究，主要研究內(nèi)容包括：建立了三葉后掠槳攪拌槽數(shù)值模型，對槽內(nèi)流場特性進行數(shù)值模擬，探討了隔離區(qū)的位置及其隨雷諾數(shù)的變化規(guī)律。建立了變速攪拌槽數(shù)值模擬模型，考慮變速攪拌時的動邊界問題，采用動網(wǎng)格方法對變速攪拌槽內(nèi)的流場及混合特性進行數(shù)值模擬。通過對勻速及變速攪拌下的流場的分析比較，研究了變速攪拌對速度分布的改善情況；通過對示蹤劑濃度分布、混合時間以及流體粒子軌跡的分析，說明了變速攪拌可以消除隔離區(qū)；分析了變速幅度以及速

3、度值大小對攪拌效果的影響，并對變速攪拌槽內(nèi)的混合過程進行了實驗研究。 數(shù)值模擬結(jié)果驗證了三葉后掠式攪拌器是一種循環(huán)能力較大的徑向流攪拌器，攪拌器上方速度波動較明顯；勻速攪拌時，槳葉的上下方存在兩個明顯的混合隔離區(qū)，隔離區(qū)中心位置隨著雷諾數(shù)的增加，在徑向遠離攪拌器，在軸向靠近攪拌器；變速攪拌時流場結(jié)構(gòu)有所改善，混合隔離區(qū)很快消失，混合時間也有縮短；相同變速周期時，變速幅度越大，混合效果越好；變速幅度相同時，速度值越大，混合效果越好