流体混合是过程工业中最常见的单元操作之一,有关的研究工作十分活跃。由于流体混合机理的复杂性,一直缺乏可靠的放大设计方法,因此对流体混合的基础研究具有重要的理论意义和实用价值。以往的研究工作主要集中在时均流场特性上,但事实上流动是非稳态的,槽内流体在相当大的时间和空间尺度上存在着流动形态的明显变化。流场的时空不稳定性可能使操作偏离优化设计,影响混合、传热和传质效率,造成搅拌槽内部分设备受力不均而带来机械损失。 论文在直径为800mm,全挡板条件(四块挡板)平底圆柱有机玻璃搅拌槽内进行,采用高精度扭矩传感器以及高位数A/D板测量采集大槽径(T=0.8m)大桨径比(D/T=0.56)的四斜叶涡轮桨扭矩随时间的变化,选取叶轮转速分别为30rpm、60rpm、90rpm,桨叶离底高度分别为C=0.25 T、0.33 T和0.5 T。由于受到流体宏观不稳定性的影响,随着叶轮转动,扭矩值呈某种周期性的变化,通过对获得的扭矩信息进行频谱分析,证实搅拌槽内流体流动确实存在这种低频、非稳态的宏观不稳定现象(MI,macro-instabilities)。采用压力传感器测量45°斜叶桨搅拌槽(D/T=0.56,C/T=0.33)壁面不同位置点的压力值,分析结果与扭矩结果相比较,得到的槽壁面的流体流动的低频不稳定性与叶轮转速、测压位置无关。 通过本文研究探讨了了一种新的搅拌槽内流场不稳定性的实验方法,并初步讨论了不同操作参数对这种不稳定特性的影响。研究结果有助于加深对搅拌槽内流体尤其是叶轮区的流动特性,为搅拌设备的放大设计提供依据。