2种高剪切搅拌器流动特性的CFD模拟

采用计算流体力学模拟方法对2种用于分散混合过程的高剪切搅拌器的流动特性进行研究分析,分别是转子定子搅拌器(RS)和多级叶轮式搅拌釜(CF)。本文从流场细节和功率消耗方面对其进行考察研究,从而为解释搅拌器中气泡的分散混合过程提供理论依据。模拟结果表明,在RS中流体大致呈周向流动,且剪切速率分布相对较为均匀,较高剪切速率不仅出现在转子到壁面的径向间隙处,而且出现在转子与定子之间的轴向间隙处:而在CF中,流体呈现较为明显的旋转流动,且剪切速率分布没有RS均匀,较高的剪切速率只出现在叶轮与壁面的径向间隙处。在相同转速下,虽然这2种搅拌器所形成的平均剪切速率差别不大,但CF中所形成的最大剪切速率大于RS,这也意味着相同操作条件下CF中所能形成的气泡尺寸更小,这与实验结果是一致的。对于这2种搅拌器,在层流区功率准数与搅拌雷诺数都成反比,且CFD模拟计算得到的结果与根据实验得到的关联式的结果基本一致。然而CF的功率消耗高于RS的功率消耗。