攪拌槽內(nèi)部流動分析及實驗研究.pdf

1、軸流槳攪拌槽廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品、冶金、石油和水處理等工業(yè)過程中,其內(nèi)部流動特性對產(chǎn)品質(zhì)量、工藝設(shè)計及設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計有非常重要的影響。本文通過理論分析、PDPA測量及實驗觀測對攪拌槽內(nèi)單相體系和固液兩相體系的流動特性進行較為系統(tǒng)的研究,為攪拌設(shè)備應(yīng)用基礎(chǔ)研究及優(yōu)化設(shè)計提供指導(dǎo)和參考。
　　 在直徑為300mm的平底有機玻璃攪拌槽內(nèi),保持液深與槽徑相等,采用PDPA測試技術(shù)對單相流場時均速度、脈動速度進行測量,研究了不同構(gòu)型

2、參數(shù)和操作參數(shù)下攪拌槽內(nèi)軸向流動、軸向?qū)α餮h(huán)和完全湍流狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)的空間分布規(guī)律。采用固體激光發(fā)射器對固液兩相體系懸浮狀態(tài)進行實驗觀測,詳細分析了葉輪離底間隙、槳型和顆粒性質(zhì)對懸浮狀態(tài)的影響,定量分析了懸浮高度和壁面顆粒堆積高度與完全離底臨界懸浮轉(zhuǎn)速的關(guān)系。在直徑為340mm的平底有機玻璃攪拌槽內(nèi),保持液深與槽徑不變,采用觀測法研究了無擋板攪拌時高濃度固液兩相體系懸浮特性,考察了葉輪離底間隙、槳型及偏心率對懸浮效果的影響,提出無擋板

3、攪拌時完全離底臨界懸浮轉(zhuǎn)速的判據(jù)。本文的主要研究結(jié)論及成果如下:
　　 1、通過理論分析與實驗研究,確定攪拌槽內(nèi)軸向流動的特征尺度,提出攪拌槽內(nèi)三維壁面射流模型,建立攪拌槽內(nèi)三維壁面射流方程,揭示攪拌槽內(nèi)軸向流動特征。軸向速度沿徑向的分布具有相似性,軸向最大速度沿軸向衰減,軸向流邊界沿軸向線性擴展。
　　 2、攪拌槽內(nèi)軸向?qū)α餮h(huán)的有效作用范圍關(guān)系到葉輪宏觀特性參數(shù)的確定。軸向?qū)α餮h(huán)的有效作用范圍為攪拌槽容積的2/3,

4、獨立于葉輪的直徑、離底間隙和轉(zhuǎn)速,這部分流體的混合受槽內(nèi)三維壁面射流控制；攪拌槽內(nèi)其余1/3容積為混合弱區(qū),流體的混合受槽內(nèi)宏觀不穩(wěn)定性的支配。
　　 3、采用量綱分析和漸近不變性分析,確定攪拌槽內(nèi)三維壁面射流的特征速度和特征長度為槽內(nèi)完全湍流狀態(tài)的特征尺度,獲得用于評定槽內(nèi)完全湍流界限的軸向速度分布曲線,建立了可根據(jù)攪拌操作時葉輪雷諾數(shù)的大小初步預(yù)測攪拌槽內(nèi)流體流動狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型。
　　 4、混合操作中加料位置應(yīng)處于對

5、流循環(huán)的有效作用范圍內(nèi),對于要求全槽完全湍流的攪拌操作,應(yīng)考慮采用多層槳-槽體系,以降低單槳操作時的高能耗。同時,層間距應(yīng)控制在單槳的有效作用范圍以內(nèi),以達到良好的混合效果。
　　 5、對于有擋板固液懸浮操作:(1)葉輪離底間隙對攪拌槽內(nèi)懸浮狀態(tài)影響很大。低離底間隙有利于顆粒的懸浮,能獲得較高的懸浮高度,但過低的離底間隙消耗的功率大。葉輪離底間隙越小越易出現(xiàn)清液層,清液層對懸浮性能有影響；(2)攪拌槽內(nèi)顆粒不易懸浮區(qū)有兩個:槽底

6、面中心區(qū)域和槽底面角落區(qū)域,葉輪離底間隙和固體體積濃度對何處顆粒最后懸浮有影響。槽底面距槽底中心半徑約為50～10 mm的環(huán)形帶區(qū)域?qū)儆陬w粒易懸浮區(qū)；(3)壁面顆粒堆積高度主要受葉輪離底間隙的影響,而受固體體積濃度的影響很小?？梢詫嚢璨郾诿骖w粒堆積高度降為零時的攪拌轉(zhuǎn)速作為完全離底臨界懸浮轉(zhuǎn)速,特別對于固體體積濃度大于30％的固液懸浮操作；(4)懸浮高度與槳型、葉輪離底間隙、顆粒直徑和固體體積濃度有關(guān),與顆粒材質(zhì)無關(guān)。對于固體體積濃度

7、在10％～40％范圍內(nèi)的固液懸浮操作,可以將懸浮高度達到液面高度85％位置時的攪拌轉(zhuǎn)速作為完全離底臨界懸浮轉(zhuǎn)速。
　　 6、對于無擋板固液懸浮操作:(1)低離底間隙有利于顆粒的懸浮,無擋板攪拌不產(chǎn)生清液層；壁面顆粒堆積高度沿攪拌槽周向呈現(xiàn)波浪形分布,造成攪拌槽底部角落區(qū)的固體顆粒不能沿周向同時懸?。?2)偏心攪拌不利于高濃度固液兩相體系的懸浮操作,隨偏心率的增大,顆粒臨界懸浮轉(zhuǎn)速和攪拌功率消耗均增大；(3)對于同軸攪拌,壁面顆粒