桨式搅拌器安装高度对搅拌效果的数值模拟

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轴流式搅拌装置历史悠久，主要原理是通过搅拌器的桨叶旋转产生高速的轴向流动，强制液体在容器内部做轴向循环流动，从而达到减小边界层厚度、强化传质、加速传热及快速均匀混合的目的 。其操作条件可控范围广，可以适应多样化的生产。广泛运用于化工、生物、食品、制药过程中。

在搅拌容器中，搅拌器安装位置不同会直接影响搅拌效果×拌器安装位置不适合，会在搅拌器附近产生圆柱状回转区，回转区的混合性能差，混合时间长，不利于搅拌过程×拌器在圆形搅拌罐中心直立安装时，在有挡板的条件下，最常用的桨式下层叶轮离罐底面的高度-般为桨径的 1-1.5倍 J。

计算流体力学(CFD)是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析 J。通过对流厨行数值模拟，可以实现流成视化，从本质上分析搅拌混合效果，从而缩短研究时间.并能准确模拟搅拌流场 。

本文以桨式搅拌器实验装置为基础，借助流体力学软件 FLUENT对搅拌器不同安装高度下的搅拌槽内流厨行数值模拟，利用实验装置模型计算在不同安装高度下槽内的流翅构和搅拌功率的情况，为桨式搅拌器安装高度的选择提供可靠的理论依据。

1 数值模拟1.1 CFD控制方程的建立流体在搅拌槽内是复杂的三维湍流流动，遵从质量守恒定律，动量守恒定律和能量守恒定律，系统遵循湍流运输方程。本文采用全三维湍流 Navier-Stokes方程(简称N-S方程)平均处理结合湍流模式求解方式。根据 k-8模型具有更经济、更准确、使用范围更广泛等优点，本文湍流模式选用标准 k-8双方程模型。

对于不可压缩性流体 ，连续方程：÷div(pu)0 (1)其中：div(pu)： 掣 (2) d dY动量方程(N-S方程)：p告( p 去(1gi) -蠢 (3)式中：i，j：l，2， Oui，j 2 3；p 为非定长项；， 为对流项； 为 式中： l，， 盖压力梯度； 为扩散项； 为体积力。

ox i湍动能方程：作者简介：许卓(1988-)，女，河南许昌人，硕士研究生，主要研究方向为流体机械数值模拟。

.178. htp：//ZZHD.chinaj。uma1.net.cn E-mail：ZZHD###chainaiourna1.net.cn《机械制造与自动化》· 电气与自动化 · 许卓，等 ·桨式搅拌器安装高度对搅拌效果的数值模拟small circulation region图6 回流现象示意图搅拌槽底部都存在-个低速区，当搅拌叶轮安装高度距底距离越大就越明显，由图7可以看出。由于这个区域的流速较小，使得物料只能在此区域堆积，起不到混合的效果，这就要求在实际设计过程中尽量消除这-区域。

图 7 h275 mln z0截面速度矢量图2.3 功率曲线搅拌功率是衡量槽内流体搅拌程度和流动状态的重要参数 ，同时掖映了搅拌操作所需的能量消耗“式搅拌功率 P的计算公式为：p- (8)0U式中：力矩 可由 FLUENT检测输出。

图 8可看出，随着搅拌器安装高度的增加，功率 P逐渐减小 ，在 >135 mm(D/2)后有-个急速下滑，在安装高度等于 305 mm时又急剧增加。由此可见安装高度过小或过大都对搅拌功率有所影响，但从功率的变化 区间分析 ，搅拌功率变化不大。这和现有手册结论相符合。

3 结语兰鼻50 1O0 150 200 250 300搅拌器安装高度h/mm图8 .P曲线水流湍流强度增加 ，并且更均匀的分布于液体之中，有利于液体的充分搅拌。在 h1.8/D～1.3/D之间，槽体的宏观混合程度达到最大强度。在 >1.3/D之后 ，槽内湍流强度分布逐步减少×拌器只有选择合适的安装高度，槽内流体才能得以充分搅拌混合。

3)在合适的安装高度区间内，随着安装高度的增加功率逐渐减小 ，在安装高度在 1.5/D～1.3/D之间趋于平衡。从变化的数值来看 ，搅拌功率随搅拌器安装高度的增减变化不大。