搅拌槽计算流体力学现状流体力学分为理论、实验流体力学，理论流体力学目前只能解决少数接近 理想状态的问题，对于现实多重因素干扰的复杂情况，只能借助计算机流体力 学，其正是为弥补这种分析上的欠缺而产生的。搅拌槽内流场的研究广泛应用 到计算机流体力学，通过在计算机上改变其中操作数值（雷诺数，搅拌槽沟行， 叶轮等），来方便的模拟计算得到相关数值，再通过后续处理得到搅拌功率，最 大剪切速率，体积平均剪切速率，搅拌效率等，从而为现实生产提供一定参考 指导意义。66302

近几年，已经问世的新的粒子图像测速法（Particle Image Velocimetry,简称 PIV 技术），也就是 结合摄像机和图像处理技术分析出一个面（plane）的流体

流动信息，然而该技术尚属前沿，费时耗财，得出数据不全面，局限性较高， 所以国际上仍以 CFD 为主。

2 组合型搅拌槽的研究现状

由于单一径向桨叶搅拌槽容易把搅拌分为上下两个循环区使整个搅拌槽内 循环间的混合变得更困难，而单一轴向桨叶搅拌剪切效果差，混合效果较差， 而这两者各自优势可以弥补双方相应缺点，所以通常生产上是使用两者的组合 型来避免相互缺点。

计算流体力学自开创以来发展了近百年，一直采用物理学上基本守恒方程 作为基本原理，再结合已经采用的不断更新发展的数值理论，从而借此预测实 际环境流体流场分布，因此在化工和流体力学领域，对混合反应器内三维流场 数值模拟研究成为了前沿研究之一。

3 数值模拟国内外研究现状

到目前为止，国内研究状况本人尝试在维普中文输入“搅拌槽内混合过程数 值模拟”获得 25 条发表论文，“组合桨搅拌槽数值模拟”16 条（见图 1a,b），从这 么一个小小的搜索就侧面反映出国内对于这些方面研究深入还不够。研究内容 特别少，分门别类的对各种组合桨进行探究的更是少之又少。反观国外，搅拌 槽内混合过程的数值模拟方面研究工作浩如烟海，但主要的数值模拟类型都仅 限于主流组合搅拌类型。论文网

刘宝庆，张义垄 ，刘景亮 [4]在实验研究 的基础之上 ，选多种不同型式的 框式桨为外桨、搅拌桨为内桨构成的另一种结构的同心双轴搅拌槽作为模拟对 象 ，借助 CFD 来分析这四种的流场及混合特性，他们还把结果与实际实验结

果进行相互比较，截取部分与本实验相关结论：不论是数值模拟还是实验研究， 同构型和运行条件下，搅拌功率角度考虑，内外桨反向转动比同向转动所需更 多。外桨功耗在同向时与内桨转速增减呈反相关，反向时与内桨转速增减呈正 相关，且影响程度较大。

厉鹏[5]所发表研究表明，综合性能考虑，粘稠体系中组合桨搅拌远优于单 轴搅拌；由于反向消耗功率较大，所以混合效果较好、功率消耗较少是同向旋 转优于异向旋转之处，且所传热关联式也刚好满足实际工程计算的要求。

ChristianA．Rivera[6]等所发表的研究是对由大叶片式双螺带双轴组合桨搅 拌槽进行数值模拟，在各流区对各特性进数值模拟，与上述研究者厉鹏研究的 结果一样同向旋转优于异向旋转，且混合时间也较短，剪切速率比较均匀。

Tanguy[7]等区，研究了由锚式桨径流桨或轴流桨组成的同心双轴组合桨搅 拌槽在在层流和过渡流同向和反向下的功耗特性、混合时间和流场特性，发现 与实验数据一样，同向旋转模式表现更佳

总的来说，完全从计算流体力学角度对新型组合构型搅拌桨的流场研究不 是很多，基本集中于传统桨叶构型。综合所查文献，研究者多从以下两个着眼 点考察搅拌槽对流体混合的影响：功率，混合性能。功率方面，研究者倾向于 考察如何定义特征变量来得到均一化功率曲线；分析比较单一桨叶旋转功耗与