工業(yè)規(guī)模攪拌釜內(nèi)高黏假塑性流體混合過程的數(shù)值模擬.pdf

1、高黏假塑性流體在反應(yīng)釜中的混合過程十分復(fù)雜。黃原膠作為一種典型的假塑性流體，在其發(fā)酵過程的中后期，隨著黃原膠產(chǎn)物濃度的不斷增加，發(fā)酵液逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦哒臣偎苄粤黧w，其傳質(zhì)、傳熱性能急劇下降，嚴(yán)重影響黃原膠的質(zhì)量和產(chǎn)量。
　　本文以1.0wt％黃原膠溶液為研究體系，對(duì)10m3工業(yè)規(guī)模攪拌釜內(nèi)三種攪拌槳的混合性能進(jìn)行了數(shù)值模擬，這三種攪拌槳包括兩種最大葉片式槳（MB1和MB2）和一種工業(yè)生產(chǎn)中常用的三層六直葉圓盤渦輪槳（TT）。以期得到三

2、種攪拌槳的流體力學(xué)性能和混合特性，為工業(yè)規(guī)模攪拌釜的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供指導(dǎo)和參考。
　　結(jié)果表明：在工業(yè)規(guī)模攪拌釜內(nèi)，MB1槳和MB2槳都形成清晰的“雙循環(huán)”流型，呈現(xiàn)良好的主體流動(dòng)，TT槳在每個(gè)槳葉葉端處分別形成上下兩個(gè)小循環(huán)，容易形成釜內(nèi)流體流動(dòng)的分區(qū)現(xiàn)象。三種攪拌槳的高剪切區(qū)域和高排液區(qū)域都集中在槳葉附近，MB1槳和MB2槳的優(yōu)勢要明顯高于TT槳。
　　在相同單位體積功耗下，在相同位置向攪拌釜內(nèi)加入示蹤劑，MB1槳和TT槳

3、示蹤劑的運(yùn)動(dòng)路線都是由釜上部逐漸向下部擴(kuò)展,MB2槳的示蹤劑運(yùn)動(dòng)路線是先由釜上部沿?cái)嚢栎S運(yùn)動(dòng)到釜底，然后隨主體循環(huán)擴(kuò)散至全釜。三種攪拌槳的整體混合體積曲線相似，混合體積開始平穩(wěn)增長，然后經(jīng)歷一個(gè)突變性增長的階段，最后全釜示蹤劑濃度趨于均勻。
　　由此可見，用計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD）方法對(duì)工業(yè)規(guī)模攪拌釜內(nèi)黃原膠溶液的混合過程進(jìn)行數(shù)值模擬是可行且有意義的，對(duì)工業(yè)規(guī)模攪拌釜的設(shè)