多层刚柔组合桨诱发流场界面失稳强化非牛顿流体混沌混合行为

传统多层刚性桨用于假塑性非牛顿流体混合搅拌死区较大,流场界面稳定,混合效率低。提出多层刚柔组合桨诱发流场界面失稳强化非牛顿流体混沌混合的方法。实验以羧甲基纤维素钠为非牛顿流体体系,通过扭矩传感器测量功率特性,酸碱中和脱色法测定混合时间,并利用Matlab软件编程计算最大Lyapunov指数,分析了非牛顿流体混合过程中的混沌特性及其混合性能。结果表明,组合方式为RF-(PBTD+PBTD+DT)、桨叶排列方式θ=60°、柔性片长度安装比例r=0.8、1.2时,混沌程度较高,混合性能较好。多层刚柔组合桨可以产生多股螺旋流,并在层间柔性片扰动频率差下实现流场界面失稳,搅拌死区减小,在较低转速下使体系进入混沌状态(多层刚柔组合桨体系N>88 r/min时LLE>0,多层刚性桨体系N>125 r/min时LLE>0);在相同转速下,多层刚柔组合桨混合速率、单位体积功率高于多层刚性桨,而单位体积混合能大致相同。