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搅拌器中的流型流场介绍

搅拌器内的流型取决于搅拌方式，搅拌器、釜、挡板等的几何特征，流体性质以及转速等因素。在一般情况下，搅拌轴安装在釜中心时，搅拌将产生三种基本流型：1.切向流；2.轴向流；3.径向流。上述三种基本流型，通常可能同时存在。其中，轴向流与径向流对混合起主要作用，而切向流应加以抑制，可通过加入挡板削弱切向流，以增强轴向流与径向流。

在无挡板的搅拌容器中，搅拌器偏心安装可以获得较好的搅拌效果。而在大型油釜中，若采用搅拌器侧面插入安装方式，通常可获得较好的釜内整体循环。该场合若采用侧面射流混合方式，也可得到相似的混合效果。

搅拌器内进行的是三维流动，且流动具有随机性，因而其流动状况非常复杂：对这种流动的研究方法有两种，即试验测量方法与数值模拟法。

流场的测量通常采用毕托管法、热线流速计法、照相法、激光多普测速仪法和图像分析法等测速技术，可测出搅拌器内任意点的时均速度与脉动速度。然后以描述湍 流的雷诺方程为基础，加上不同的方程封闭假定与过程的简化假定，求解雷诺方程。可从理论上计算搅拌釜内各点的速度：对釜内各点的时均速度与脉动速度数据加以处理，可获得搅拌釜内的流型、速度分布、剪切速率分布、能耗速率分布等重要的流体力学特征量：

流场数值模拟测量搅拌器内的流场的试验装置一般都很昂贵，且流场的测量是相当费时的，故对于搅拌器往往只能实验地获得局部流场信息。近年来，搪瓷搅拌器，随着计算机技术 的进步，用计算流体力学的方法对搅拌器内流场进行数值模拟的研究越来越多，从高黏层藏到低黏湍流，从两维流场到三维流场都开展了大量研究计算。目前，已能对简单的搅拌器和流变行为简单的液体所形成的流动场，用计算机进行模拟。

桨式和涡轮式搅拌器传热系数关联式

早的搅拌罐传热关联式是由Chilton于1944年提出的，对于使用单层平桨、并有碟形封头的圆筒形搅拌罐，其被搅拌液体对罐壁和内冷盘管的表面传热系数关联式分别如下：

以后许多研究者改变搅拌器的形状和相对尺寸进行传热研究，提出了很多搅拌罐传热关联式，由于一个关联式只对应于一个几何构形，这些关联式不便使用。

20世纪60年代中至70年代初日本的水科笃郎和永田进治等提出了包含多种桨型和多个尺寸参数的统一关联式，海北藏族自治州搅拌器，如永田对于桨式和涡轮式两种叶轮，且罐内有挡板而无内冷管的情况，并Re大于100。得如下关联式：

对于罐内无挡板而有内冷盘管的情况，则物料对罐壁的表面传热系数关联式为：

当除去内冷管时，则须将上式的系数由0.51改成0.54。产生这6%的差别是由于内冷盘管的遮蔽效应。

永田也得出在Re>200，2<Pr<20000时，物料对内冷盘管外壁面的表面传热系数hc的关联式如下：

上式中包含了叶轮的多个几何参数，如叶径6、罐径D、叶轮离罐底度c、叶片倾角、叶片数孔。和液高等，大大拓宽了公式的适用范围。

20世纪70年代，日本的佐野雄二等对于桨式、涡轮式叶轮在湍流域的场合，进一步建立了罐内液体的单位质量搅拌功率ε与液体对罐壁和内玲管壁的表面传热系数的联系，得到了适用性广、且形式更简单的关联式：

式中，为被搅液对夹套的表面传热系数．W/(㎡.K)；c为被搅液对内冷管壁的表面传热系数．W／(㎡.K)；dc为内冷管外径．m；ε为单位质量被搅液消耗的搅拌功率，W/kg；v为被搅液运动黏度.㎡/s。

式(5- 17)计算物件时须以流体的本体温度和壁温的算术平均值作定性温度。

影响搅拌器输入能量和流动场的主要因素

搅拌的过程其实就是通过搅拌器叶片的旋转向内容器内的流体输入机械能，使流体获得合适的流动场，在流动场内进行动量、热量、质量的传递或者同时进行化学反应的过程。因此，流动场和输入能量总是设计与选用搅拌器时关心的问题，具体表现为：不同操作目的的搅拌过程就需要不同的流动场，在搅拌过程中需要提供给流体以多大的能量；而各种搅拌器在不同的操作条件下能产生什么样的流动场，供给多大的能量等一系列问题。搅拌器的选型和设计其实就是针对这种需要和可能的匹配。

下面我们来看看影响流动场和输入能量的主要因素.

影响流动场和输入能量的主要因素有以下三种。

1.搅拌器的结构型式，主要与釜型、搅拌器和内构件的形状及数量等有关。其中搅拌器和内构件的搭配方式产生的影响非常大。例如，对于低黏度流体，用一个八平叶桨式搅拌器进行搅拌。在相同转速下，有挡板时的输入功率和排量分别是无挡板时的10倍和4倍。

此外，无档板时流体的流动以水平环向流为主，反应釜搅拌器，而有挡板时则以轴向循环流为主。

2.搅拌器的转速搅拌器的工作原理与泵的叶轮相同，立式搅拌器，所产生的压头与转速N的平方成正比，提高搅拌器的转速．即可提供较大的压头。

3.被搅物料的特性，主要包括密度、流变行为、表面张力、相分率以及分散相尺寸等。搅拌过程的特性特别强烈地取决于物料的流变特性，如黏度等。