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组合桨液相搅拌槽内流动特性的实验研究及数值模拟
摘要：
本文通过实验和数值模拟的方法研究了组合桨液相搅拌槽内的流动特性。实验结果表明，在相同的搅拌转速和液体物性条件下，组合桨与单桨相比具有更强的搅拌效果，能够更快速地混合液体。数值模拟结果进一步验证了实验结果，并揭示了组合桨搅拌过程中的涡流结构和流场分布。该研究对于优化液相搅拌装置的设计和应用具有重要意义。
关键字：组合桨，液相搅拌，流动特性，实验，数值模拟
正文：
1.引言
液相搅拌是化工、食品、制药等工业领域常见的生产过程。有效的搅拌能够均匀分散物料，提高反应效率和产品质量。因此，研究搅拌设备的流动特性，对于优化生产工艺，提高生产效率和产品质量至关重要。
组合桨是液相搅拌装置中常用的一种类型。与单桨相比，组合桨能够产生更强的剪切力和涡流，从而更快速地混合液体。本文旨在通过实验和数值模拟的方法，研究组合桨液相搅拌槽内的流动特性。
2.实验方法
2.1实验装置
实验装置如图1所示。由搅拌电机和搅拌器组成的搅拌系统安装在搅拌槽中央。液体通过进口管道注入搅拌槽，经过搅拌器的搅拌，在出口管道排出。实验中选用了单桨和组合桨两种不同类型的搅拌器，并在相同的转速和流量条件下进行比较。
图1实验装置示意图
2.2实验过程
2.2.1实验条件
实验中选用水作为模拟液体，搅拌器转速为200r/min，液体流量为1m³/h。记录不同高度处的液体温度、浓度和搅拌器功率值。
2.2.2实验结果
实验结果如图2所示。可以看到，组合桨与单桨相比具有更强的搅拌效果，在搅拌器所处位置处液体温度更加均匀，且全局混合效果更好。此外，组合桨的功率值较大，说明其需求更多能量进行搅拌。
图2不同高度处的液体温度、浓度和搅拌器功率值
3.数值模拟
3.1数值模拟方法
采用CFD数值模拟软件对组合桨搅拌器进行模拟。将搅拌器、搅拌槽和液体一同建模，设定初值和边界条件，并对流场进行数值模拟。
3.2数值模拟结果
数值模拟结果如图3所示。可以看到，在搅拌器转速固定的情况下，组合桨所产生的涡流结构更加复杂，流场分布更加均匀，液体混合效果更好。与实验结果相似，数值模拟结果也印证了组合桨搅拌器具有更强的搅拌效果。
图3数值模拟结果
4.结论
本文通过实验和数值模拟的方法，研究了组合桨液相搅拌槽内的流动特性。结果表明，在相同的搅拌转速和液体物性条件下，组合桨与单桨相比具有更强的搅拌效果，能够更快速地混合液体。数值模拟结果进一步验证了实验结果，并揭示了组合桨搅拌过程中的涡流结构和流场分布。该研究对于优化液相搅拌装置的设计和应用具有重要意义。
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