斜插式攪拌器內(nèi)部流場(chǎng)及固液懸浮特性的研究.pdf

1、攪拌與混合操作是工業(yè)生產(chǎn)中常見的單元操作之一，廣泛應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)藥、廢水處理等行業(yè)中。在化工行業(yè)中，攪拌混合操作尤為重要，它是反應(yīng)物間進(jìn)行反應(yīng)前充分混合的前提條件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，上世紀(jì)90年代美國(guó)的化學(xué)工業(yè)由于攪拌反應(yīng)器設(shè)計(jì)不合理所造成的損失每年約為60～90億美元。因此在攪拌過程中，某類攪拌適合哪一種流型，哪類攪拌操作能以最低的能耗獲得最適宜的攪拌流場(chǎng)和最佳的攪拌效果成為攪拌混合操作的核心任務(wù)。對(duì)于攪拌與混合操作，不僅需要從流體力學(xué)基

2、本理論出發(fā)，還要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行不斷的操作。斜插式攪拌是從改變攪拌槽的空間結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過改變攪拌軸的傾斜角度來改變攪拌槽內(nèi)的流場(chǎng)，從而獲得不同于其他攪拌的流場(chǎng)及相應(yīng)流體內(nèi)部的動(dòng)力學(xué)擾動(dòng)。
　　 本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“軸流式葉輪內(nèi)部非穩(wěn)態(tài)空化流的研究”(No.50776040)和江蘇省高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目（蘇財(cái)教[2011]8號(hào)）的資助下，以斜插式攪拌器內(nèi)部液相和固液兩相為研究對(duì)象，對(duì)不同傾斜角度、偏心率、離底高度下的液

3、相流場(chǎng)以及固體懸浮特性進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，主要工作及所取得的成果如下:
　　 1.詳細(xì)介紹了斜插式攪拌的研究背景及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，闡述了斜插式攪拌的研究目的、意義及論文的主要研究?jī)?nèi)容。
　　 2.從理論應(yīng)用、數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究三個(gè)方面對(duì)目前研究各類攪拌槽內(nèi)部流場(chǎng)的方法進(jìn)行綜述，簡(jiǎn)要介紹了數(shù)值計(jì)算方法的應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)中常用的LDV、PDPA和PIV等測(cè)量技術(shù)，最后闡述了本文的研究方法。
　　 3.應(yīng)用三維造型軟

4、件Pro/Engineer對(duì)攪拌槽和槳葉進(jìn)行三維造型，確定動(dòng)態(tài)區(qū)和靜止區(qū)后，用前處理軟件Gambit進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，最后使用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent對(duì)整個(gè)斜插式攪拌槽內(nèi)液相和固液兩相懸浮特性進(jìn)行數(shù)值模擬，通過得到不同傾斜角度、偏心率、離底高度、轉(zhuǎn)速下的流型，分析了各個(gè)因素對(duì)顆粒懸浮特性的影響。
　　 4.根據(jù)數(shù)值計(jì)算時(shí)的相關(guān)參數(shù)搭建實(shí)驗(yàn)裝置，以保證計(jì)算參數(shù)和模型參數(shù)完全一致，利用高速數(shù)碼攝像機(jī)、PIV和固體激光發(fā)生器等

5、設(shè)備對(duì)斜插式攪拌內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并與數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，得到的主要結(jié)論如下:(1)斜插式攪拌時(shí)，出現(xiàn)不穩(wěn)定旋渦，且旋渦錐形尺度與中心攪拌時(shí)的相比較小，偏心插入時(shí)，不穩(wěn)定性旋渦的渦軸呈扭曲狀，并以一定周期圍繞攪拌軸擺動(dòng)。(2)斜插式攪拌破壞了中心攪拌時(shí)流場(chǎng)的對(duì)稱性，改善了流體上下層之間的混合能力。(3)斜插式攪拌在臨界懸浮轉(zhuǎn)速高低、混合時(shí)間長(zhǎng)短、功率消耗大小上均優(yōu)于中心攪拌。(4)綜合數(shù)值計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，最優(yōu)傾