斜插式攪拌器內(nèi)部流場及固液懸浮特性的研究.pdf

1、攪拌與混合操作是工業(yè)生產(chǎn)中常見的單元操作之一，廣泛應用于化工、食品、醫(yī)藥、廢水處理等行業(yè)中。在化工行業(yè)中，攪拌混合操作尤為重要，它是反應物間進行反應前充分混合的前提條件。據(jù)統(tǒng)計，上世紀90年代美國的化學工業(yè)由于攪拌反應器設計不合理所造成的損失每年約為60～90億美元。因此在攪拌過程中，某類攪拌適合哪一種流型，哪類攪拌操作能以最低的能耗獲得最適宜的攪拌流場和最佳的攪拌效果成為攪拌混合操作的核心任務。對于攪拌與混合操作，不僅需要從流體力學基

2、本理論出發(fā)，還要通過實驗進行不斷的操作。斜插式攪拌是從改變攪拌槽的空間結構出發(fā)，通過改變攪拌軸的傾斜角度來改變攪拌槽內(nèi)的流場，從而獲得不同于其他攪拌的流場及相應流體內(nèi)部的動力學擾動。
　　 本文在國家自然科學基金項目“軸流式葉輪內(nèi)部非穩(wěn)態(tài)空化流的研究”(No.50776040)和江蘇省高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目（蘇財教[2011]8號）的資助下，以斜插式攪拌器內(nèi)部液相和固液兩相為研究對象，對不同傾斜角度、偏心率、離底高度下的液

3、相流場以及固體懸浮特性進行了數(shù)值計算和實驗研究，主要工作及所取得的成果如下:
　　 1.詳細介紹了斜插式攪拌的研究背景及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，闡述了斜插式攪拌的研究目的、意義及論文的主要研究內(nèi)容。
　　 2.從理論應用、數(shù)值計算和實驗研究三個方面對目前研究各類攪拌槽內(nèi)部流場的方法進行綜述，簡要介紹了數(shù)值計算方法的應用和實驗中常用的LDV、PDPA和PIV等測量技術，最后闡述了本文的研究方法。
　　 3.應用三維造型軟

4、件Pro/Engineer對攪拌槽和槳葉進行三維造型，確定動態(tài)區(qū)和靜止區(qū)后，用前處理軟件Gambit進行非結構化網(wǎng)格劃分，最后使用計算流體力學軟件Fluent對整個斜插式攪拌槽內(nèi)液相和固液兩相懸浮特性進行數(shù)值模擬，通過得到不同傾斜角度、偏心率、離底高度、轉(zhuǎn)速下的流型，分析了各個因素對顆粒懸浮特性的影響。
　　 4.根據(jù)數(shù)值計算時的相關參數(shù)搭建實驗裝置，以保證計算參數(shù)和模型參數(shù)完全一致，利用高速數(shù)碼攝像機、PIV和固體激光發(fā)生器等

5、設備對斜插式攪拌內(nèi)部流動狀態(tài)進行了實驗研究，并與數(shù)值計算結果進行了對比分析，得到的主要結論如下:(1)斜插式攪拌時，出現(xiàn)不穩(wěn)定旋渦，且旋渦錐形尺度與中心攪拌時的相比較小，偏心插入時，不穩(wěn)定性旋渦的渦軸呈扭曲狀，并以一定周期圍繞攪拌軸擺動。(2)斜插式攪拌破壞了中心攪拌時流場的對稱性，改善了流體上下層之間的混合能力。(3)斜插式攪拌在臨界懸浮轉(zhuǎn)速高低、混合時間長短、功率消耗大小上均優(yōu)于中心攪拌。(4)綜合數(shù)值計算結果和實驗結果得出，最優(yōu)傾