电场强化层流搅拌的荧光可视化试验及模拟分析

在层流搅拌中,搅拌桨的周期性扰动使搅拌槽内出现封闭、孤立的环状隔离流场。隔离流场严重阻碍了搅拌介质之间的有效交换,降低了搅拌效率。本文提出外加电场以强化层流搅拌的方案,利用电流体动力学效应改变流场的对称结构,消除混合死区。试验采用平面激光诱导荧光（planner laser induced fluorescence, PLIF）技术实现了搅拌槽内流场结构的实时可视化,并通过自编程程序识别并计算出非混合区域面积百分比。结果表明,随着电场强度的增大,混合效率逐渐提升,当电场强度为1.5kV/cm时混合效率可达98%。研究建立了基于有限元法及浓度扩散模型的混合搅拌模拟平台,探究搅拌槽内部流场结构时空演变规律。通过模拟分析发现,当外加平行板电场强度达到0.5kV/cm以上时,搅拌槽内部出现明显的二次涡流。二次涡流的出现与径向混合相互作用从而不断削弱隔离流场。在电场强度不变的条件下,外加周期性电场可以进一步提高搅拌效率,电场强度1kV/cm条件下的外加周期性电场可以使搅拌效率提升至98%以上。