涡轮桨变速搅拌槽内湍流混合的实验研究.pdfVIP

第34 卷 第4 期 燕山大学学报 Vol. 34 No. 4 20 10 年7 月 Journal of Yanshan University July 2010 文章编号： 涡轮桨变速搅拌槽内湍流混合的实验研究 1, * 2 杨锋苓 ，曹明建 （1. 山东大学 机械工程学院，山东 济南 25006 1；2. 山东省科学院天力干燥公司，山东 济南 2500 14） 摘 要：以NaCl 颗粒在水中的溶解为例，对湍流状态下周期性变速旋转的 （改变桨叶转向或速度大小，分别称 为周期性换向搅拌和周期性依时搅拌）Rushton 桨搅拌槽内的混合特性进行了实验研究，并与稳速搅拌进行了对 比。实验过程中测量了不同搅拌模式、不同桨叶安装高度时颗粒的溶解时间，结果证明，搅拌槽底部的流型对 NaCl 的溶解有重要影响；桨叶安装高度对溶解速度的影响不大，周期性依时搅拌时的溶解时间比稳速搅拌时稍 短，而周期性换向搅拌则能明显加快溶解速度，提高混合效率。 关键词：涡轮桨；搅拌槽；变速搅拌；湍流；混合 中图分类号： 文献标识码： ： 搅拌能改变搅拌槽底部的流动类型，增强槽内流体 0 引言 的湍流程度和混合强度，降低功率消耗与混合时 搅拌槽是常见的过程工业设备之一，广泛用于 [9-15] 间，提高气液传质和固液悬浮性能 等等。 单一液相及液-液、气-液、固-液的混合、传质与传 Yoshida 和Zhang 等人研究的都是正弦变速模 热等操作中。长期以来，人们普遍采用稳速搅拌模 式下低粘度流体的混合与传质性能，这需要特殊的 式，即搅拌桨沿同一方向 （顺时针或逆时针）稳速 传动机构才能实现，限制了在工业中的应用。为 旋转，以此来带动周围流体的流动与混合。但在某 此，本文以在水中的溶解为例，研究了无挡板搅拌 些情况下，单向旋转搅拌达不到混合与传质的目 槽在周期性正反转和周期性依时搅拌两种变速模 的。例如，搅拌高黏度物料或对剪切比较敏感的高 式下低粘度流体时的混合性能。相比之下，这两种 分子材料时，受结构及工艺要求等的限制，搅拌只 变速方案不需要额外的传动机构就能实现，只需通 能在层流状态下进行，效率不高。为了提高效率， 过编程控制电机的转动，进而带动桨叶做同步旋转 人们提出了混沌混合的概念，变速搅拌 （改变桨叶 即可，不会增加设备成本，易于在工业中实现。 转向或速度大小）就是其中的一种。研究证明，层 流状态下，变速搅拌能引起搅拌槽内流体的混沌混 1 实验研究 [1-7] 合，极大地提高了混合效果 。 1.1 实验装置 此外，变速搅拌在低粘度流体的湍流混合与传 质方面也具有一定的优势，例如，Zhang 等人对正