逆流桨强化搅拌槽内流体混沌混合及流场结构失稳研究

• 作者: 刘作华 周毅林 熊黠 陶长元 王运东
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 逆流桨 最大Lyapunov指数 搅拌功耗 数值模拟
• 年，卷（期）: 2022,（1）
• 所属期刊栏目: 流体力学与传递现象
• 页码范围: 222-231
• 页数: 9页
• 分类号: TQ027.2
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20210596

摘要

在传统三斜叶桨的基础上，结合逆流桨结构，提出三斜叶逆流桨，以破坏或者消除搅拌槽内稳定的对称性流场结构，提高流体传递效率及混沌混合程度。结合实验和模拟两种方法,主要研究了上推式三斜叶桨(PBTU)、外推内压式三斜叶逆流桨(PBTC-U)、外压内推式三斜叶逆流桨(PBTC-D)三种桨叶体系以及不同外层桨叶长度的PBTC-U桨体系内搅拌功耗、混合时间、混沌特性参数、流场结构以及流体速度分布。实验结果表明，N=130r/min时，PBTC-U桨相对于PBTU桨和PBTC-D桨，体系混合时间分别从22.0、37.5s缩短到16.5s，功耗分别降低了5.6%和12.8%，LLE值分别提高了13.69%和37.01%。在确定PBTC-U桨适宜外层桨叶长度的研究中发现当外层桨叶长度D2=0.375D时，搅拌功耗最低且混合时间最短。PBTC-U型逆流桨通过内外层桨叶的逆流作用，强化体系内流体的随机运动，使得流场的不稳定性得到增强，对称性被破坏，进而流场结构失稳，流体混合效率得到提高。另外，PBTC-U桨可以增强流体轴、径向速度分布的波动性，有利于提高体系的混合效率。