改進型三斜葉-Rushton組合槳槽內流場特性的粒子圖像測速技術

王家成,陶蘭蘭,郭海鋒,周勇軍*

(1.南京工業大學 機械與動力工程學院,江蘇 南京 211816;2.江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院 國家化工設備質量監督檢驗中心,江蘇 蘇州 215600)

攪拌操作作為過程工業的基本單元操作是化工反應過程的重要環節,其原理涉及流體力學、傳熱、傳質及化學反應等多種過程,攪拌過程就是在流動場中進行動量傳遞或是包括動量、熱量、質量傳遞及化學反應的過程[1-2]。在反應過程中攪拌器的結構形狀直接影響產品的生產效率和質量[3-4]。因此新型攪拌器的流場特性研究對反應工程實踐起著重要的參考作用[5]。

粒子圖像測速(PIV)技術對流場的測量具有很好的穩定性,適用于工程應用的等比例縮小的實驗測量,因此反應釜的流場特性常采用PIV 技術進行研究[6-8]。楊娟等[4]在非牛頓流體中考察向心槳、Rushton槳、三斜葉槳相互組合后的混合效果,結果表明在單位體積功耗相等的情況下,高剪切的Rushton槳與強循環的斜葉槳組合的混合效果最高。周勇軍等[9]利用PIV 實驗對二斜葉框式組合槳進行了流場分析,結果表明隨著離底距增大,底部流場強度減弱不利于物料混合,同樣隨著槳間距的增大兩槳葉間的對流減弱也不利于物料混合。FAN 等[10]利用PIV 實驗方法研究了擋板對四斜葉槳攪拌流場的影響。試驗結果表明隨著擋板的增加,葉輪下方獨立循環面積發生變化,主體發生大規模對流,攪拌誘導的非相關流動結構分布范圍更廣。WANG 等[11]研究了雙四斜葉槳和單四斜葉槳在方槽中的流場變化情況,結果表明單個槳葉產生的高速區是有限的,雙槳葉使得攪拌槽內的高速區域更大,這加強了攪拌槽內的質量和動量交換。……