关键词：低雷诺数;;机械搅拌;;混沌混合;;CFD
摘 要：搅拌操作是最常见、应用最广的流体混合过程的单元操作之一,大量应用于冶金、化工及废水处理等工程行业。本文主要研究讨论的是搅拌技术中的机械搅拌。在某些工程问题中,需要在低雷诺数下进行机械搅拌,且有些搅拌介质粘度较大,这对机械搅拌的操作与搅拌器的结构优化提出了更高的要求。本文基于混沌理论,结合机械搅拌工艺特性及设计参数,合理的简化模型结构,建立了机械搅拌数值计算模型,设计并搭建机械搅拌水模型实验平台,采用平面激光诱导荧光(PLIF)技术,对比数值计算模型的计算结果,研究了不同的挡板布置(不安装挡板、安装4片挡板及安装6片挡板)及两个控制变量(偏心率、搅拌转速)引起的搅拌槽内流场及流型变化对混合效率及搅拌稳定时间的影响,以及搅拌槽内搅拌介质为油水两相时,上述设置引起的搅拌槽内流场及流型变化对混合效率及搅拌稳定时间的影响。研究表明,搅拌轴偏心布置能破坏槽内流场分布的对称性,一定程度上干扰混合隔离区的稳定存在。偏心率过小时槽内流场仍趋于对称,切向流动明显。随着偏心率的增加,高速区域流体在速度势的作用下流向低速流体区,打破搅拌槽内切向流动的周期性,削弱混合隔离区。安装4片挡板时,切向力对流体的切向作用得到有效抑制,混沌混合区面积增大,涡旋数量增加且分布不规律。安装6片挡板后对流体混合的阻力增加,动能损失快,无法很好地破坏混合隔离区。安装4片挡板时搅拌稳定时间最短,不安装挡板时混合隔离区内的速度很大,隔离区外部速度小,虽速度平均值较大但混合效果差,混沌现象不明显。两相混合时,安装4片挡板与偏心率为0.375匹配时的混合效果最佳。本文的研究内容对于在实际工业生产应用中,提高搅拌槽内的混合效率、缩短混合时间、降低搅拌功率方面具有很高的参考价值与指导意义。
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