多叶片组合式搅拌桨釜内流动特性和混合性能研究

发布时间：2021-04-07 08:28

　　开发可适用于较宽黏度范围的搅拌桨,强化釜内的流体流动和混合过程对于搅拌釜的节能增效具有重要的意义。实验与数值模拟相结合,在大涡模拟层面研究了多叶片组合式搅拌桨（MBC桨）从层流到湍流状态下,釜内的功率特性、流场分布、湍流特性和混合性能。结果表明:预测的功率曲线与实验结果一致;层流状态下釜内以切向流动为主,随着Reynolds数（Re）的增大,釜内轴向和径向流动逐渐增强,当Re达到486时,速度场分布与湍流状态下基本一致;在相同的能耗水平下,MBC桨对高黏度流体的混合性能优于商业Maxblend桨。桨叶的分散组合布置,强化了釜内的轴向和径向流动,使得MBC搅拌桨在从过渡流到湍流状态下均可实现较大的轴径向流动,湍动能分布较为均匀,混合过程显著加快。 

【文章来源】：化工学报. 2020,71(11)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

多叶片组合式搅拌桨

图1 多叶片组合式搅拌桨液面设置为对称边界条件；搅拌桨设置为无滑移壁面；搅拌釜的外壁和挡板设置为静止的壁面。首先采用标准k-ε模型和多重参考系方法（MRF）获得流场初始值，再利用滑移网格法（SM）进行大涡模拟，求解瞬态流场，旋转区域和静止区域间设置交界面进行数据传输。

功率准数曲线（Np-Re）如图3所示，可以看出理论预测结果与实验结果能够较好地吻合。当Reynolds数Re<22时，功率准数为一直线。当Re<100时，层流模型（LAM）与LES方法预测得到的Np基本相同，在过渡流区域，标准k-ε模型和LES预测获得的功率准数很好地吻合。当Re>104时，功率准数Np基本不变，其值为12，约为相同单位体积的功率消耗（P/V）下Maxblend搅拌桨（H/T=1.2,Np=5.8）的两倍，表明在相同的特征尺寸和搅拌转速下，MBC搅拌桨可以将能量有效输入至釜内流体，强化了搅拌釜内的流体流动和混合过程。图4 不同流动状态下无量纲速度矢量图和时均速度云图

【参考文献】：
期刊论文
[1]新型大双叶片搅拌器功率与混合特性的数值模拟[J]. 刘宝庆,钱路燕,陈明强,徐妙富,林兴华,金志江.  化工学报. 2013(03)
[2]高黏度流体混合研究进展[J]. 焦海亮,包雨云,黄雄斌,施力田,王艳.  化工进展. 2007(11)



本文编号：3123148