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组合桨搅拌槽内混合过程的实验研究及大涡模拟
摘要：本文通过实验研究和大涡模拟探究了组合桨搅拌槽内混合过程的特点。实验研究表明，组合桨搅拌器的特殊结构能够产生较强的剪切力和离心力，从而有效地提高混合效率。大涡模拟揭示了混合过程中涡流的生成和演化规律，为深入理解组合桨搅拌器的混合机理提供了理论基础。
关键词：组合桨搅拌器；混合效率；剪切力；离心力；大涡模拟
Introduction
混合过程是化工生产中的重要环节，对于提高产品质量、降低生产成本具有重要意义。组合桨搅拌器是一种常用的混合设备，其采用多条旋转的桨叶和静止的固定桨叶相结合的形式，产生强烈的剪切力和离心力，从而将不同物质混合均匀。
本文以组合桨搅拌槽内混合过程为研究对象，通过实验研究和大涡模拟分析混合过程中的流场特点，探究组合桨搅拌器的混合机理，为提高混合效率提供理论基础。
ExperimentalStudy
本实验采用直径为60cm的组合桨搅拌槽，液位高度为40cm。在混合前，将视界涂层溶液注入槽内，再加入水稀释，然后开启搅拌器进行混合。实验过程中，采用激光多普勒测速仪（LDV）测量流场速度分布，利用荧光假发光技术观察混合物的分布。
实验结果表明，组合桨搅拌器能够产生强烈的剪切力和离心力，混合效率较高。在搅拌器旋转的过程中，液体被桨叶带动流动，产生大量的涡流和湍流，有效地促进了物质之间的扩散和混合。同时，由于组合桨搅拌器的特殊结构，所产生的流场具有多个大小不同的涡旋和旋涡互相作用的特点，形成了相对稳定的涡流结构。
LargeEddySimulation
为了更深入地了解组合桨搅拌器的混合机理，本文采用大涡模拟（LES）方法对混合过程进行数值模拟。模拟采用OpenFOAM软件对三维不可压缩流动进行模拟，采用k-ωSST湍流模型描述湍流状态。
模拟结果表明，组合桨搅拌槽内涡流运动较为复杂，存在多个大小不同、形状各异的涡旋和旋涡，这些涡旋和旋涡之间形成了复杂的相互作用和耦合，使得混合过程更为完善。同时，涡流的生成和演化过程与实验观测结果基本吻合。
结论
通过实验研究和大涡模拟，本文探究了组合桨搅拌器的混合机理和涡流结构特点。实验结果表明，组合桨搅拌器能够有效地提高混合效率，大涡模拟揭示了混合过程中涡流的生成和演化规律，为深入理解组合桨搅拌器的混合机理提供了理论基础。