刚柔组合搅拌桨强化搅拌槽中流体混沌混合.pdf

第 65 卷第 1 期化工学报
2014 年 1 月 CIESC Journal ·January61·


刚柔组合搅拌桨强化搅拌槽中
流体混沌混合
刘作华 1,2,陈超 1,刘仁龙 1,陶长元 1,王运东 2
(1 重庆大学化学化工学院,重庆 400044;2 清华大学化学工程系,北京 100084)
摘要:搅拌槽内普遍存在着两种不同类型的混合区域:混沌混合区和规则区。增大混沌混合区,是提高流体混合
效率、降低搅拌过程能耗的重要途径。而合理设计搅拌桨有助于流体形成适宜的流动状态,实现混沌混合。柔性
体与刚性体组合,可设计出具有多体运动行为的刚柔组合搅拌桨,可强化流体混沌混合行为。结合 Matlab 软件,
实验研究了双层桨搅拌槽内自来水体系的最大 Lyapunov 指数(LLE)和多尺度熵(MSE)的变化规律,对比分析了刚
性桨和刚柔组合桨两种桨叶对流体混沌混合的影响。结果表明,刚柔组合桨强化流体的运动特性,使更多流体进
入混沌混合状态。在转速为 210 r·min−1 时,流体的混沌混合达到最佳状态,刚性桨体系的 LLE 为 ,而刚
柔组合桨体系的 LLE 为 ;刚柔组合桨可有效耗散能量,使整个槽体的能量分布均匀,刚柔组合桨在 150 r·min−1
时的多尺度熵率与刚性桨在 210 r·min−1 时基本相近;刚柔组合桨体系的混合时间均低于刚性桨体系,在转速为
120 r·min−1 时,刚柔组合桨使流体的混合时间缩短了 26%左右。刚柔组合桨可改变流场结构和能量耗散方式,
强化流体混沌混合,实现高效节能操作。
关键词:混合;搅拌槽;传递;混沌;最大 Lyapunov 指数;多尺度熵;刚柔组合桨
DOI:.0438-
中图分类号:TQ 文献标志码:A 文章编号:0438—1157(2014)01—0061—10

Chaotic mixing enhanced by rigid-flexible impeller in stirred vessel
LIU Zuohua1,2, CHEN Chao1, LIU Renlong1, TAO Changyuan1, WANG Yundong2
(1School of Chemistry and Chemical Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China;
2Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Abstract: Flow field in a stirred vessel is usually divided into chaotic and regular mixing regions. It is an
alternative way to improve mixing performance and lower the energy consumptio