涡轮式搅拌釜数值模拟

工作，还可以准确的得到推进式和涡轮式搅拌釜各自的搅拌特性。

搅拌效果好，能耗小是搅拌设备追求的目标[4-5]。对搅拌釜而言，搅拌能耗以搅拌功率为指标，因此本文通过CFD分别对推进式和涡轮式搅拌釜进行数值模拟，对比推进式桨叶和涡轮式桨叶在能耗和剪切力方面的混合特性，从而分析桨叶所适用的范围。

1 搅拌釜模型与模拟方法

本文针对涡轮式搅拌釜进行分析，结构如图1所示。釜体结构相同，釜径为2.8m，高4.5m，桨径为1.2m，釜壁设置6个挡板，底部用圆盘封底。

应用前处理器软件Gambit对模型进行网格划分，桨叶相对于釜体来说结构相对复杂，因此搅拌釜内的网格划分采用结构化和非结构化相结合的方法，动子区采用非结构化的网格，槽内其他区域应用合理的分区方法采用结构化网格。

2 模拟结果与分析

2.1 速度矢量分布和漩涡分布

搅拌转速都为100r/min的条件下对涡轮式搅拌釜釜内流体速度进行数值模拟。如图2所示。

由图3可知，在相同转速下，涡轮式搅拌釜在搅拌桨叶区域流体的速度较高，最高速度为3.1m/s；在远离桨叶的区域，涡轮式搅拌釜釜内流体的速度范围差异较小。就漩涡分布而言，如图（a）所示，对于涡轮式搅拌釜，径向涡流较多，在两层桨叶之间有大湍流形成，在上层搅拌桨叶的上端和下层搅拌桨叶下端有小涡流产生，大涡流有利于轴向混合，小涡流主要以径向流为主。

2.2 搅拌功率

对涡流式搅拌釜进行搅拌功率的模拟，模型相同的情况下，搅拌转速为100r/min、110r/min、120r/min、130r/min时，搅拌功率如图3所示。

随着转速的额提高，涡流式搅拌釜的搅拌功率也增大，这是由于桨径一定的情况下，转速越高，力矩越大，搅拌功率越越大。在转速140r/min时，搅拌功率为8524w。在转速100r/min时，搅拌功率为3975w。

3 结论

（1）涡轮式搅拌釜桨叶区域流体的最高速度为3.1m/s，对于涡轮式搅拌釜，径向涡流较多，在两层桨叶之间有大湍流形成，在上层搅拌桨叶的上端和下层搅拌桨叶下端有小涡流产生，大涡流有利于轴向混合，小涡流主要以径向流为主。

（2）随着转速的额提高，涡流式搅拌釜的搅拌功率也增大在转速140r/min时，搅拌功率为8524w。在转速100r/min时，搅拌功率为3975w。

参考文献

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