机械工程学报

作者：方玉建, 张敏, 孙先朋, 张金凤, 瞿晔飞

单位：1. 江苏大学京江学院 镇江 212000;2. 江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心 镇江 212000

关键词：机械搅拌槽,非牛顿流体,PIV,数值模拟,流场特性；

基金：国家重点研发计划（2018YFB06061001）和江苏省重点研发计划（BE2019009-1）资助项目。

在工业生产中获得广泛应用的机械搅拌混合，其流体大都是非牛顿流体，具有与牛顿流体不同的流变性质（弹性效应，剪切稀化以及剪切变稠），所以急需对非牛顿流体情况下搅拌槽内的内流特性开展研究。基于Lin-A315桨型的粒子图像测速技术（Particle Image velocimetry，PIV）试验结果对搅拌槽内非牛顿流体的流场特性进行定常/非定常数值模拟，研究不同质量分数的黄原胶溶液在不同搅拌速度下的轴面流速分布、湍动能分布、径向截线的流速剖面、所需要的搅拌混合时间以及搅拌能耗。结果表明，数值模拟可以很好地模拟分析机械搅拌槽内非牛顿流体的流场特性；提高搅拌速度可以增加槽内主循环流的范围和强度，搅拌槽内涡的分布和湍动能分布范围也相应变大，与100 r/min相比，300 r/min和500 r/min工况下的轴向速度最大值增加3.6倍和5.9倍，所需要的混合时间缩短0.46倍和0.36倍；增加黄原胶溶液的浓度会减小流场的主循环流范围，增加速度梯度，降低槽底区域循环速度，所以与非牛顿流体溶液浓度的变化相比，所需要混合时间对转速变化更为敏感；另外提高搅拌速度会增加搅拌能耗，因此对低浓度非牛顿流体宜选择中等转速、高浓度非牛顿流体宜选择高转速以有利于溶液混合和能源节约。

来源：2021年第20期

《机械工程学报》期刊编辑部

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