涡轮桨变速搅拌槽内湍流混合的试验研究.pdf

卷 期 燕山大学学报 年 月 文章编号：1007-791X (2010) 04-0313-05 涡轮桨变速搅拌槽内湍流混合的实验研究 杨锋苓 ，曹明建 （ 山东大学 机械工程学院，山东 济南 ； 山东省科学院天力干燥公司，山东 济南 ） 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：TQ027 文献标识码：A DOI：10.3969/j .issn.1007-791X .2010.04.006 搅拌能改变搅拌槽底部的流动类型，增 槽内流体 引言 的湍流程度和混合 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 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 和 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 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 实验研究 合，极大地提高了混合效果 。 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， 等人对正 实验装置如图 所示，搅拌槽为平底圆柱形透 弦变速和混沌搅拌模式下蔗糖溶解于水的过程进 明玻璃槽，直径 ，无挡板，槽内液体为水， 行了研究，并与稳速搅拌进行了对比，结果表明， 液面高度 ，搅拌桨为六直叶圆盘涡轮桨，直径 在消耗相同功率的情况下，正弦变速和混沌搅拌都 。实验台上的机架可上下自由调