双层桨搅拌槽内层流流场与混合时间的数值模拟

采用Laminar模型、多重参考系法(Multiple reference frame,MRF)和示踪剂浓度法对双层六直叶桨搅拌槽内高黏非牛顿流体层流流场和混合时间进行数值模拟,分析其流动特性、示踪剂扩散过程、示踪剂浓度响应曲线和混合时间;采用示踪粒子法和酸碱指示剂变色法对透明有机玻璃搅拌槽内流动场和混合过程进行试验测定。结果表明,双层桨中间面将示踪剂先控制在加料的半层内随主体介质流动扩散,当浓度差增大后再向另外半层扩散;在搅拌剧烈的桨叶区或在中间面加入示踪剂,可获得更短的混合时间;不同位置混合完成的时间不同,根据搅拌要求合理选择监测点,可避免资源浪费或搅拌不充分;提高搅拌转速,可使搅拌槽内介质混合过程加快,混合时间减小;试验结果验证了数值模拟结果的准确性,为非牛顿流体层流搅拌槽的设计和工程应用提供了理论依据。

偏心组合桨搅拌槽内层流混合过程的数值模拟

目前,处理高黏流体和对剪切敏感介质的层流搅拌槽的报道并不多见。本文建立了描述双层组合桨搅拌槽内高黏非牛顿流体层流流动、混合过程的数学模型,利用Laminar模型、多重参考系法(MRF)和示踪剂浓度法对其流场特性、示踪剂扩散过程进行数值模拟,分析搅拌槽内轴向速度曲线、示踪剂浓度响应曲线和混合时间。结果表明:中心搅拌中间面将介质阻隔在各自的半层内运动,偏心搅拌介质作全局运动,轴向混合能力突出;转轴中心搅拌依靠上下半层浓度差的增大向下扩散,转轴偏心搅拌通过不对称结构扩散示踪剂,叶轮相对转轴偏心搅拌则利用叶片的不对称分布;距离加料点较近和较远的监测点浓度响应曲线因振荡和调整,混合时间较长,处于中间面的监测点拥有最短的混合时间。