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1、第37卷第6期北京化工大学学报(自然科学版)Vo.l37,No.62010年JournalofBeijingUniversityofChemicalTechnology(NaturalScience)2010组合桨层间距对搅拌槽内流动特性的影响*童鸣赵静李志鹏高正明(北京化工大学化学工程学院,北京100029)摘要:采用粒子图像测速技术(PIV)对三层组合桨(HEDT+2WHU)搅拌槽(槽径0476m)内的流动特性进行了研究,在搅拌转速、顶桨浸没深度和顶层桨高度不变的情况下,得到了中层桨位置的变化对搅拌槽内的流型、相位解析速度场和湍流动能的影
2、响规律。结果表明,中层桨位置的改变对搅拌槽上部区域流体的流动特性影响显著,而对搅拌槽下部区域流体的流动特性产生影响较小;随中层桨位置降低,槽上部液面处反向回流区逐步缩小直至消失,中、顶层桨合并轴向流断裂,底桨上涡环作用范围不断压缩;对于相位解析速度场,较之中层桨尾涡几乎没有变化,顶桨尾涡的发展由极其微弱逐渐清晰,底桨尾涡则提前了10相位出现;对于湍流动能分布,中、上层桨逐渐趋向于类似两层桨单独作用,底、中层桨间整体湍流动能增大。关键词:多层组合桨;粒子图像测速技术;流型;尾涡;湍流动能;搅拌槽中图分类号:TQ0517速两种操作条件下流场的平均速度和均方根
3、速度;引言[12]Pan等利用PIV技术分析比较了不同层间距下[13]釜式搅拌反应器广泛应用于化工、制药等工业双层Rushton桨搅拌槽内流型的变化;马鑫等采领域的混合过程中,并且当搅拌槽的高径比较大时用PIV技术对单层、双层平行布置和双层交错布置往往采用多层搅拌桨以保证反应器的搅拌效果。然等三种条件下的四斜叶桨的流场进行了测量。而传统的多层径向流桨叶的组合其分区现象严重,本文采用相位解析的PIV技术,测量了不同中不利于全釜内物料的充分混合,因此轴流型桨叶因层桨位置下组合桨搅拌槽内的流场分布,详细分析其循环能力强的特点在组合式搅拌中得到愈来愈多了不同中层桨
4、位置下搅拌槽内流型分区变化、相位[1]的重视。多层桨存在多种不同的桨型组合形速度,以及桨叶尖端和中心处湍流动能的分布规律。[2-4]式,近年来工业上由底桨为径流型桨叶、上桨为轴流型桨叶配合使用组成的组合桨的应用越来越广1实验部分泛,尤其是在气液多层混合搅拌中。前人对此类桨11搅拌槽实验装置[5-7]型组合(HEDT+WHU)的混合性能进行了研究。实验在槽径T为476mm的平底圆柱形有机玻但是这些研究多集中在混合时间、搅拌功率等宏观璃搅拌槽中进行。搅拌槽内均布四块挡板,每块挡现象,缺乏对其流动特性的深入了解。板宽度均为T/10,与槽同高,挡板与槽壁间无缝
5、隙。随着激光、计算机和影像技术的发展,目前粒子实验时挡板位置略后置于激光面入射位置,以避免图像测速技术(PIV)在流场测量领域得到了广泛应相机拍摄时挡板位于拍摄面内,从而获得最佳测量用。它能够在对流场不产生干扰的基础上,实现流区域效果。搅拌槽置于一个长方体有机玻璃槽内,动瞬态、全场的测试,具有较高的测量精度和分辨以减少激光束透过有机玻璃弧形面引起的光折射。[8-10][11]率。Gao等用PIV方法研究了单层Rushton搅拌槽顶部盖有两块透明的有机玻璃盖板,以防止桨叶无挡板搅拌槽内,在固定转速和周期性交变转灰尘等杂质进入槽内影响实验效果。实验以清水为工作介
6、质,常温下操作。配置搅收稿日期:2010-04-16基金项目:国家自然科学基金(20821004/20776008)拌桨为三层组合桨,其中底桨为HEDT六叶半椭圆第一作者:女,1986年生,硕士生管盘式涡轮径向流桨,中层桨和上层桨为WHU四宽*通讯联系人叶翼形轴向流桨(上提式操作),三层桨桨径均为Emai:lgaozm@mai.lbuct.edu.cnD=04T,底桨离底距离C1=04T,上层桨离液面距!24!北京化工大学学报(自然科学版)2010年离H=044T,中层桨操作位置分别为C2=103T算法对查问区所有
7、粒子数据进行统计平均,得到在(高位)、088T(中位)和073T(低位)。为避免强设定时间间隔内查问区中大量示踪粒子的速度矢激光反射对相机造成损坏,搅拌轴和桨叶均经过发量,再对所有查问区进行统计从而获得整个速度矢黑处理。两槽内均充满相同液位H=18T的清水量场。介质。示踪粒子为直径约8~12m的空心玻璃珠,本实验查问区大小为3232像素,两个相邻查其密度与水相近,桨叶转速N=90r/min。询区50%重叠。空间分辨率为128mm128mm。如图3所示为PIV系统实验装置图。Nd:Yag双腔脉冲激光器发出激光束,先后通过凹柱面镜和球面镜形成片光,垂
8、直于方槽的玻璃壁面入射到圆柱形有机玻璃槽内,照亮流场
