脉冲射流-刚柔组合桨强化流体混沌混合及传质性能研究

刘作华，孙伟，熊黠，陶长元，王运东，程芳琴

（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； 3 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆大学，重庆400044； 4 山西大学资源与环境工程研究所，山西太原030006）

引 言

搅拌反应器广泛应用于食品、化工、制药、造纸、生物化工和橡胶等行业，其作用是通过向流体提供所需要的能量和适宜的流场结构[1]，强化流体的混沌混合。然而，搅拌反应器的结构特点使其内部容易产生混合隔离区而降低流体混合效率。目前，强化流体混沌混合的方法主要有变速搅拌、偏心搅拌、往复搅拌、射流搅拌、多层桨组合搅拌、柔性搅拌等[2−5]。

流体混合蕴含着丰富的非线性过程。随着非线性理论的不断发展，采用非定常手段扰动流场诱发流体混沌，可有效打破混合隔离区，改变搅拌反应器内流体的流场结构，促使更多的流体粒子进入高度无规运动状态，实现强化流体混沌混合的目的[6−10]。Bulnes−Abundis 等[11]通过实验对比了偏心搅拌与中心搅拌在层流状态下的混合情况，发现采用偏心搅拌能有效缩短混合时间，同时通过CFD 对这两种搅拌方式的初始混合速率进行了探究，发现偏心搅拌体系的高初始混合速率是提高层流混合效率的主要原因。Kordas 等[5]提出了一种新型的左右往复式搅拌反应器，并研究了桨型、转速等因素对混合时间、搅拌功耗的影响，发现往复搅拌能有效抑制隔离区的生成，提高混合效率，同时还发现随着Reynolds数的增大，搅拌功耗增加，混合时间显著缩短。……