长短叶片复合型刚柔桨强化搅拌槽内流体混沌混合行为

发布时间：2021-08-28 13:08

　　搅拌反应器中混合隔离区的存在是强化流体混合的主要障碍。打破搅拌槽中的对称性流场结构,破坏混合隔离区,可以提高流体混合效率。采用Matlab软件编程计算最大Lyapunov指数（LLE）和多尺度熵（MSE）,比较了不同桨叶类型、柔性片长度、柔性片数量和桨叶离底高度以及转速对流体混合的影响。结果表明,长短叶片复合型刚柔桨（RF-LSB）桨叶通过刚柔耦合错位连接,柔性片的形变与随机振动对流体的非稳态扰动,使流场结构不稳定性和不对称性增强,强化了流体混合效果。当柔性片数量为3,搅拌转速为90 r/min时,RF-LSB体系比刚性桨和刚柔桨体系的LLE值分别提高了20.22%和7.98%;三种体系[RF-LSB（柔性片数量为3）、刚性桨和刚柔桨体系]的混合时间（θm）与单位体积功耗（Pv）呈指数型关系,当Pv相同时,RF-LSB（柔性片数量为3）的θm最小,表明RF-LSB（柔性片数量为3）更有利于流体混沌混合。 

【文章来源】：化工学报. 2020,71(11)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

搅拌实验装置

搅拌桨类型对θm的影响

从图7可知，在等转速、等单位体积功率时，长短叶片复合型刚柔桨（n=3）体系LLE最大，说明其对强化流体混沌混合更有效。对比图7(a）、（b）可知，三种体系在等转速时其LLE变化趋势基本一致，在等单位体积功率时LLE变化趋势较为不一致，因此为便于清晰明了分析数据，后续因素对LLE的影响分析均在等转速条件下进行。从图7(a）可以看出，当N=90 r/min时，刚性桨体系LLE为0.0450，刚柔桨体系为0.0501，而长短叶片复合型刚柔桨（n=3）体系LLE达到0.0541，相对于刚性桨体系和刚柔桨体系，长短叶片复合型刚柔桨（n=3）体系LLE分别提高了20.22%和7.98%。从图7(b）可知，当Pv<200 W/m3时，刚性桨体系的LLE大于刚柔桨，而长短叶片复合型刚柔桨（n=3）在相同单位体积功耗时的LLE最大。分析原因认为，长短叶片复合型刚柔桨（n=3）通过上下层错位桨叶和长短叶片结构诱发非对称性流场和改变桨叶能量传递形式，通过刚性叶片与柔性叶片的关联耦合，柔性叶片在桨叶旋转过程中与不稳定性流体流场的相互作用，促使柔性片在流体中随机振动以及形变，进而使隔离区流场边界失稳，使流体进入非稳态，破坏隔离区，提高了流体混合效果[19,23]。图7(a）插图为转速90～210 r/min范围内搅拌桨类型对LLE的影响，当N>110 r/min时，继续增大转速，LLE减小且实验结论与90～110 r/min时基本一致，因此本文在转速为30～110 r/min范围内对实验结果进行讨论分析。图6 三种体系θm随Pv的变化

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]长桨短叶片复合搅拌桨釜内流动特性和放大过程气液传质性能研究[D]. 潘翔.东南大学 2017



本文编号：3368570