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1. 研究目的与意义

搅拌混合是石油化工等行业常见的单元操作, 六直叶圆盘涡轮式搅拌器，是应用较广的一种搅拌器，能有效的完成几乎所有的搅拌操作，并能处理黏度范围很广的流体。然而其内部流动十分复杂, 尚无完善的理论体系。搅拌混合一般多依赖于经验和实验数据进行设计, 而根据实验模型数据的放大设计受到由于规模增大所导致的不均匀性增大的影响, 设计的可靠性会大大降低。

因此，实验研究、解析法只能得到估算值，并且只适用于与研究对象结构尺寸相似的流域，准确性和适用性欠缺。随着计算流体力学、数值传热学和计算机技术的发展，数值模拟方法被越来越多地应用到研究工作中，可信度和研究效率均得到了提高。本课题将应用大型流体计算软件分析不同参数下六直叶圆盘涡轮搅拌器搅拌特性的模拟，分析搅拌器的结构参数、操作参数对搅拌特性的影响，得出有益于工程实践的结论，为该类搅拌器的设计和优化提供参考依据。

2. 国内外研究现状分析

搅拌器主要是利用搅拌桨的旋转将机械能转化成流体的动能，造成搅拌容器内介质的流动混合,从而使得传质,传热得以完成。搅拌器大多数为非标准设备,搅拌器又称为搅拌桨或搅拌叶轮等,它是机械搅拌设备的关键部件，在搅拌设备的机械设计和新型设备的开发中,搅拌器的选型尤为重要，一直以来常规搅拌桨一直占据主要地位,在各个领域的生产应用上都逐渐完善,造型设计上也日趋规范了。但是近年来,随着设备的大型化以及新材料源源不断的出现对搅拌器的性能提出了更高的要求，在这种工业背景下各企业纷纷加大研发力度,开发出了许多新型高效节能型搅拌器,同时也开发出适应于某些特殊用途的搅拌器。六直叶圆盘涡轮式搅拌器，就是一种应用较广的搅拌器，能有效的完成几乎所有的搅拌操作，并能处理黏度范围很广的流体。

搅拌器内的流动是三维的和高度不稳定的湍流,脉动和随机湍流给流速测量带来了很大困难。早期使用的流场测量方法如毕托管、热线或热膜风速仪等,都由于将探头插入流场而使流动受到干扰,目前已较少采用。八十年代以来,国内外开始运用激光多谱勒测速仪ldv技术来测量搅拌槽内流场^[1]。激光多普勒测速仪是一种很有效的流场测量手段,它实现了流场的非接触测量,对流场不造成任何干扰,可同时测量三维速度各分量,空间分辨率高,动态响应快。据美国lightnin公司报道,a310搅拌桨就是利用激光测速仪开发的。国内浙江大学^[2]、华东理工大学和北京化工大学等单位都在使用激光测速仪开发或改进搅拌设备。ldv测量数据的主要用途还用于验证数值计算的结果和提供模型边界条件。近几年ldv还被用于测量多层桨的搅拌特性,如排量和循环流量。

对搅拌设备内流场的测量往往只能获得一些局部的信息,而且流场测量的实验装置一般比较昂贵,实验过程比较费时。对某些过程有时是无法进行实验测量的。cfd技术的出现极大地促进了搅拌混合研究。cfd可以模拟在不同搅拌桨的型式、尺寸和离底距离等条件下,流场对混合、悬浮和分散等过程的影响。流动、能量耗散等的计算可视化,使用户可以直观地了解槽内的混合情况,帮助用户确定已存在系统中问题所在,指导用户进行搅拌器的优化设计,消除死区,确定加料口位置等。目前国外的专业混合设备公司已经利用cfd技术优化搅拌器的几何尺寸,开发了第二代高效轴流搅拌器。cfd的另一个主要点就是模型与设备大小的无关性,一旦它们被验证可以合理准确描述反应器过程,就可用于预计放大后的混合和反应性能。cfd技术被应用到反应器的设计和放大的一个很好的例子是middelton(1986)的研究,其采用两步竞争连续反应体系,用cfd模拟预测放大后反应器的产率,模拟结果与实验结果一致。这进一步证明了cfd技术在化学反应器设计和放大上具有不可比拟的优势。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：全面熟悉和了六直叶涡轮搅拌器的结构形式，应用场合，国内外研究进展等。应用计算流体力学软件对搅拌器内部流场进行模拟，并分析模拟结果，为研究六直叶涡轮搅拌器特性提供一定的参照。

时间安排：

1~3周 (2.25~3.17）：调研及查阅文献资料，翻译英文文献，完成开题报告；

4. 研究创新点

无