穿流攪拌槳強化流體混合行為的研究.pdf

1、攪拌反應器廣泛應用于化工、冶金、生物工程等工業(yè)過程中，其經(jīng)濟性與流體混合性能密切相關。研究表明，攪拌器近70％的能量集中耗散在槳葉尖端，從而在槳葉的尖端區(qū)域形成流體湍流區(qū)。因而，控制攪拌反應器內流場結構，具有十分重要的意義。
　　眾所周知，攪拌槳是攪拌反應器的核心部件，它向流體提供所需要的能量并形成一定的流場。為此，攪拌槳結構設計與改進及其流場的分析是強化流體混合研究的熱點問題。結合具體實際，人們研發(fā)出了多種新型的攪拌槳，它們能很

2、好的改善流場分布，有利于流體混合。其中，穿流槳具有結構簡單，運用范圍廣等特點，因此，對穿流槳強化流體混合行為研究具有重要的理論意義和現(xiàn)實價值。
　　本文主要以六直葉圓盤渦輪槳(DT)和六斜葉下壓渦輪槳(PTD)為基礎，分別以在槳葉上開設一個直徑為10mm的大孔和五個直徑為5mm的小孔而形成的穿流槳為研究對象，即BDT、LDT、BPTD和LPTD。首先，分別測量并計算混合時間、K熵和最大Lyapunov指數(shù)，分析穿流攪拌槳流體的宏觀

3、混沌混合行為。其次，利用FLUENT軟件計算并分析穿流攪拌槳流場分布，可以得到如下結論：
　?、偻ㄟ^測量并計算流體混合時間、K熵和最大Lyapunov指數(shù)可知，在低攪拌速度時，穿流孔對流體混沌混合效果作用不佳，甚至不利于流體混合；在攪拌轉速大于1.41rps時，穿流槳流體混合時間減小，K熵和最大 Lyapunov指數(shù)迅速變大，攪拌反應器內流體混沌運動更明顯，因此，穿流槳有利于攪拌反應器內流體實現(xiàn)混沌混合，提高流體混合效率。

4、　　②利用FLUENT軟件計算穿流槳及其附近流場分布。通過分析流場壓差、速度梯度和尾渦的形狀變化可知，大穿流孔通常對穿流槳葉前后的壓差削弱作用更大、范圍更寬，使得其附近的速度梯度變小，槳葉附近尾渦的強度減小，尾渦的形狀與傳統(tǒng)槳相似；然而，小穿流孔對穿流槳葉前后壓差削弱作用很小，作用范圍也僅限于穿流孔附近的小片流場區(qū)域，使得穿流槳附近的速度梯度與傳統(tǒng)槳差異不大，槳葉附近尾渦的強度也沒減小。但是，小穿流孔能使其附近的漩渦的尺度變更小、更均勻