第11卷第4期 2011年8H
过程工程学报
The Chinese Joumal of Process Engineering
翼型桨叶片尾涡结构的PIV实测与LES模拟研究
蔡清白，截干策
(1.上海华谊集团技术研究院，上海200241；2.华东理工大学化学工程联合国家重点实验室，上海200237)
VoL.11 No.4 Aug.2011
摘要：在塔径383mm、高径比为1的翼型浆搅拌反应器内，采用粒子图像测速(PIV)技术和大涡模拟(LES)研究了一种翼型浆的叶片尾涡结构.对比二维PIV技术测定的翼型浆搅拌反应器平均速度场数据，验证了LES方法的可靠性并通过叶片端的速度矢景场、叶片区内的涡量大小及满动能分布清楚地识别了翼型浆叶片涡结构。发现该叶片尾涡为单涡结构，其尾涡轴心轨迹几乎就在浆叶尖划过的阅柱面上，此外，还探讨了叶片尾涡对满动能分布、溯流特性等的影响，表明最大尤因次润动能k/V约为0.04~0.06，其位置约在0.5 中图分类号：TQ027.2 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009606X(2011)04-0541-08
浆叶片尾涡结构的影响，包括平均速度分布、分离速率、满动能、耗散率等，此外还测定了叶端处平均气泡直径，
揽拌反应器内流场结构十分复杂，充满了多种尺度的瑞流涡，某些搅拌分散过程的效果在一定程度上取决于搅拌桨叶产生的瑞动能大小和分布。搅拌浆叶附近产生的尾涡是这一区域流场的显著特征，尾涡区域内瑞动能很高，一般超过区域外滞动能一个数量级，对气体分散、液体混合等都会产生显著影响.如在气-液分散过程，气体由通气管进入搅拌反应器，首先与叶片尾涡接触，形成不同气穴结构，从而影响浆叶附近流场和整釜流场.研究桨叶叶片尾涡结构对控制桨叶剪切分散效率、防止液泛及桨叶设计等都有十分重要的意义，
目前，已有许多学者对此进行了研究，主要集中在利用激光多普勒测速技术(LaserDopplerAnemometry, LDA)测定标准透平浆的叶片尾涡结构Van'tRiet等112) 首次引入叶片尾涡的概念，并系统研究了标准透平浆叶片尾涡结构，包括压力分布、剪切速率等，认为叶片尾涡是对称涡，叶片尾涡中高剪切速率对气体分散影响很大，而压力分布及相应的离心力场与气穴有关。 Takahashi等观测了气-液两相搅拌反应器内分散气泡的运动，发现浆叶区内气泡运动与液体流动途径相同，沿叶片尾涡轴心运动，该轴心与VantRiet等报道的轨迹一致，表明气穴结构与叶片尾涡有直接关系， Yianneskis等i4]利用LDA测定了透平浆附近的滞流特性，发现采用360°角平均的方法所得满动参数值大大偏低，最大偏差可达400%，此外，他们还指出浆叶端处的滞动能约为0.19V，桨叶产生的流场其有十分强烈的瑞流各向异性特征.Lu等3研究了叶片数对标准透平
发现当单片叶片输入能量相同时，叶片数为4是最佳选择，此时平均分离速率、满动能均最大，且叶片端气泡尺度最小，Lee等16]对透平浆排出流的湍流结构进行了研究，包括端流涡的时间和空间尺度信息，测定了叶片尾涡的轴心，发现浆叶端滞动能最高，随距离增大，能量急剧下降.Derksen等171利用LDA测定了透平浆搅择槽内满流场的三维流场信息，确认了浆叶区的各向异性，该区域包括桨叶后区、圆盘附近及叶片尾涡。 Yianneskisl研究了叶片尾涡对搅拌槽三维周期滞流运动、叶片排量、混合及功率特性的影响，认为桨叶设计与这些参数有很大关系，必须采用多种手段和方法测定浆叶结构与混合特性的关系.Schafer等19研究45°斜叶浆的叶片尾涡结构，发现每片桨叶后仅有一个尾涡，尾涡直径随距浆叶距离增大而增大，尾涡内满动能远大于凝涡外能量，约1个数量级，为主要能量源，准确判定凝涡大小和位置对改善液体混合十分有利，可有效缩短混合时间.Fentiman等l10]研究了一种新型三叶翼型浆的尾涡结构和滞流，发现尾涡中心轴径向位置均处在 0.14DT，轴与水平线倾角约为13，尾涡控制区内满动能远大于主体区能量，约1个数量级，尾涡所在区域属各向异性区，研究尾涡结构有利于确定加料口位置 Suzukawa等[]研究了斜叶浆的叶片倾斜角对尾涡结构的影响，发现当倾角为90°时，无叶片尾涡：当倾角变为75°，60°，45°时叶片端出现单个尾涡
随着测试技术的改进和计算流体力学(Computational FluidDynamics，CFD)的发展，叶片尾涡的研究取得了很
收穗日期：2011-02-12，修国日期：201104-19
作奢简介：禁清1(1983-)，男，浙省温州市人，博士，工程师，化学工程专业，E-mail:qbaishhusyitec.com：蒙于策，通讯联系人，
E-mail:gcdai@ecust.edu.cn