双曲面搅拌器翼型及安装高程对搅拌性能的影响

采用NX软件建立实体模型,并用Fluent 18.0软件进行三维湍流分析,通过非结构化网格和动坐标系技术,选用标准k-ε湍流计算模型和SIMPLEC算法进行速度-压力耦合求解.在原有双曲面搅拌器翼型的基础上,对桨叶进行水平叠加,并计算了2种翼型下双曲面搅拌器在9 m×9 m×5 m的氧化池内的搅拌流场,对比分析了优化前后双曲面搅拌器桨叶附近流场变化和不同安装高程下特定区域的湍动能变化.双曲面搅拌器的桨叶延伸线为螺旋线,计算结果表明,其桨叶的迎水面作为直接与来流撞击的面,其最优应为螺旋线的凹侧且与转盘呈锐角的斜面,背水面最优为与转盘垂直的垂面,且背水面后增加一斜面可对加速后的水体起到整流作用,使搅拌器径向搅拌范围更大.安装高程H=1.0 m时,池内平均流速达到0.710 m/s,较优化前提升0.140 m/s,搅拌池底部区域平均湍动能达到0.021 J/kg,较优化前高0.008 J/kg.

型式结构对双曲面搅拌器流场影响的数值模拟

基于多重参考系法(multiple reference frame model,MRF),采用标准k-ε模型对双曲面搅拌器的流场分布特性开展了数值模拟研究,重点对实心、空心、有孔和高叶片4种不同型式结构的双曲面搅拌器的流场结构、流速分布、湍动能分布、有效搅拌体积以及功耗特性进行了对比分析。结果表明,高叶片结构的双曲面搅拌器更有利于形成对称且均匀的流场,底部湍动更强烈,搅拌范围更广且混合效果最佳。在转速为200 r·min^(-1)时,高叶片双曲面搅拌器达到搅拌要求时单位能耗分别仅为前3种结构的74.09%、61.19%和61.88%,其节能效果显著。