粉体搅拌扭矩的试验及关联式

谢明辉，周国忠，杨超

（1 中国科学院过程工程研究所，中国科学院绿色过程与工程重点实验室，北京100190；2 浙江长城搅拌设备股份有限公司，浙江温州325019）

粉体是无数相对微小的颗粒集合体，一般直径在几纳米到几百微米之间。粉体在不同受力情况下，能够呈现固体的静止状态、液体的流动性或气体的扩散性。但是粉体又不同于液体或气体，也不完全同于固体。搅拌设备在石化、化纤、精细化工、医药、食品、冶金等行业的粉体混合过程有诸多应用[1−2]，包括在有放料困难的料仓中的应用[3]。

对于液体搅拌设备，关于搅拌功率的计算已有大量的文献报道[4]，除少量特殊的搅拌外，基本已有搅拌功率的计算公式。对于搅拌槽内粉体搅拌扭矩和功率耗散的研究也一直都在进行[5−8]。为了更深入了解搅拌槽内粉体颗粒的运动情况，近年来研究者引入了一系列的粒子运动测量技术，如光纤探针法、照相法、粒子成像测速技术（PIV）、正电子追踪技术（PEPT）等[9−12]。每种测量技术都存在不同程度的缺陷，随着计算流体力学的发展，数值模拟的方法也同样被用于粉体搅拌研究，颗粒混合模型可分为连续介质模型、离散颗粒模型和流体拟颗粒模型等，目前绝大多数采用计算流体方法（CFD）耦合离散元方法（DEM）对粉体的搅拌进行模拟[13−18]。

Knight 等[5]在立式搅拌槽中研究粉体搅拌扭矩的影响因素，采用圆盘桨和平直叶桨，研究物料为沙子。利用PEPT 技术来观察搅拌槽内的粉体流动，并对扭矩进行了量纲为1化。……