锥盘底和平底搅拌槽固液混合特性的CFD研究

贾慧灵 ，赵 静 ，李 梅 ，任保根

1 引言

固液混合是搅拌技术中比较常见的一种操作，广泛应用于结晶、冶金和催化等工业反应过程[1]。反应原料的混合程度直接影响产品的质量，搅拌槽的底部形状是影响混合效果的关键因素之一。文献[2]用实验研究了平底搅拌槽和锥盘底搅拌槽的完全离底悬浮和淤桨悬浮，发现这两种悬浮中平底的效率较低。实验研究通常受到物理模型和检测技术的限制[3]，所以更多的研究者利用计算流体力学（CFD）来研究搅拌槽底部的速度和浓度分布。2002年，文献[4]用CFD研究了固液平底搅拌槽内的速度分布，当有固体颗粒加入时，槽底中心的倒锥形区域比无固体颗粒时的大，全槽主体循环的流体量减小。文献[5]使用CFD对固液平底搅拌槽槽底流场进行研究，发现靠近槽中心和边缘区域的液相速度比较小，固体颗粒浓度较大。由于平底搅拌槽中的循环流不能到达槽底中央和槽底与槽壁的交接处，故在这两个部位易产生固体颗粒的沉积。所以对平底搅拌槽的底部结构进行了改进，利用CFD软件分别对改进后的锥盘底搅拌槽和平底搅拌槽内浓度场进行了对比研究，分析了搅拌槽底部形状对固液混合时间、搅拌功率、湍动能和固相速度的影响，为工业中固液搅拌槽底部形状的选取提供理论依据。

2 几何模型

选取的研究对象为锥盘底圆柱形搅拌槽，如图1（a）所示。平底圆柱形搅拌槽，如图1（b）所示。两个底部结构不同的搅拌槽的……