刚柔组合搅拌桨强化搅拌槽中流体混沌混合.pdf

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1、第65卷第1期化工学报V_01．65NO．12014年1月CIESCJoumalJanuary莠刚柔组合搅拌桨强化搅拌槽中)33j33033j0300：流体混沌混合刘作华，陈超，刘仁龙，陶长元，王运东(重庆大学化学化工学院，重庆400044；清华大学化学工程系，北京100084)摘要：搅拌槽内普遍存在着两种不同类型的混合区域：混沌混合区和规则区。增大混沌混合区，是提高流体混合效率、降低搅拌过程能耗的重要途径。而合理设计搅拌桨有助于流体形成适宜的流动状态，实现混沌混合。柔性体与刚性体组合，可设计出具有多体运动行为的刚柔组合搅拌桨，可强化流体混沌混合行为。结合Matlab软件，实验研究了

2、双层桨搅拌槽内自来水体系的最大Lyapunov指数(LLE)~I多尺度熵(MSE)的变化规律，对比分析了刚性桨和刚柔组合桨两种桨叶对流体混沌混合的影响。结果表明，刚柔组合桨强化流体的运动特性，使更多流体进入混沌混合状态。在转速为210r·min时，流体的混沌混合达到最佳状态，刚性桨体系的LLE为0．041，而刚柔组合桨体系的LLE为0．048；刚柔组合桨可有效耗散能量，使整个槽体的能量分布均匀，刚柔组合桨在150r·min-时的多尺度熵率与刚性桨在210r·rain-时基本相近：刚柔组合桨体系的混合时间均低于刚性桨体系，在转速为120r·rain-时，刚柔组合桨使流体的混合时间缩短了

3、26％左右。刚柔组合桨可改变流场结构和能量耗散方式，强化流体混沌混合，实现高效节能操作。关键词：混合；搅拌槽；传递；混沌；最大Lyapunov指数；多尺度熵；刚柔组合桨DOh10．3969~．issn．0438-1157．2014．01．008中图分类号：TQ027．2文献标志码：A文章编号：0438一l157(2014)01一o061—10Chaoticmixingenhancedbyrigid-flexibleimpellerinstirredvesselLIUZuohua，一，CHENChao，LIURenlong，TAOChangyuanlWANGYundong2，(1Sch

4、oolofChemistryandChemicalEngineering，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China；2DepartmentofChemicalEngineering,TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：FlowfieldinastirredvesseliSusuallydividedintochaoticandregularmixingregions．ItISanalternativewaytoimprovemixingperformanceandlowertheen

5、ergyconsumptionbyenlargingchaoticmixingregion．Reasonabledesignofimpellerishelpfultoformappropriateflowconditionandtoimprovethefluidmixingeficiency．Rigid—flexiblecombinationcanbedesignedbyflexiblebodyandrigidbodywithmultiple-bodymotionbehavior,intensilyingthechaoticmixing．Inthisstudy,withthesoft

6、wareMatlab，thelargestLyapuno,~exponentandmulti—scaleentropyinthetapwatermixingsystemareinvestigatedwithdoublemechanicalimpellers．Thedifferencebetweenrigidandrigid—flexibleimpellersisanalyzedinmixingperformance．Resultsshowthattherigid-flexibleimpellerenhancesfluidmovementandthefluidgoesintochaot

7、icmixing．At210r·min-l,thefluidischaoticmixing．andthelargestLyapunovexponentis0．041forrigidimpeller,whileitis0．048forrigid·flexibleimpeller．Therigid--flexibleimpellercouldtransferenergyeffectivelyandmaketheenergy2013—07—0l收到初稿，2013