摘要：这项工作的目的是研究转轴偏心对无挡板搅拌器的流体动力学的影响。在同轴和偏心搅拌之间进行了研究使用的混合实验进行的粒子图像测速，提供了平均速度的精确值和计算流体动力学模拟演示。它们提供了完整的瞬态体积一旦建立了适当的建模策略，就可以表示三维流场。实验与理论的比较模拟平均流场已经证明基于雷诺平均Navier-Stokes方程的计算适合于获得准确的结果。根据轴的位置，必须选择稳态或瞬态计算来预测正确的流量图案。在选择湍流模型时必须注意，雷诺兹计算出的无挡板容器配置压力模型要优于k-x的压力模型。

关键字: 流体力学; 混合; 模拟; 偏心搅动; 无挡板容器;PIV

1. 介绍

如今，基于Reynolds-averaged NavieCStokes方程（RANS）的流体仿真模拟（CFD）广泛应用于化工与过程生产工业。在过去的十年里，许多努力都致力于CFD数学模型的开发，并且通过与实验数据的比较来评估模型在流体动力学方面的能力。经过多年的研究，通过RANS计算模拟搅拌容器内流场的多次实验已经获得了令人满意的单相挡板搅拌槽平均流场的预测结果，而对于流动的湍流特征常常获得不了预期的结果。在早期的研究中，使用“黑匣子”方法对挡板搅拌容器进行模拟，这需要实验数据作为边界条件。1998年Brucato等人克服初步实验的需要，成功开发了完整的计算代码，为CFD选择和设计搅拌容器开辟了道路。众所周知在进行单相挡板式搅拌容器的模拟时，使用的是基于RANS的CFD数学模型和计算代码。 从几何角度来看，无挡板的搅拌容器比有挡板的搅拌容器模拟简单，因此可以推测这些设备的流体动力学的可靠预测仅通过求解被证明适用于挡板的相同数学模型就可以获得，并且不需要采取特定的模拟策略，从而降低了计算成本和复杂性。 然而之前的模拟已经评估过，无挡板搅拌罐的模拟不是一件容易的事情。无挡板搅拌槽结构已被采纳为两方程式湍流模型的测试案例，而不是挡板式壳体，因为其几何结构简单，并以与挡板式槽相同的方式进行处理。对无挡板搅拌容器建模的综述可以参见这样一个研究，他们对配备有同轴叶轮的无挡板搅拌容器进行大涡模拟（LES），并且在流动的平均值和湍流特性方面获得令人满意的结果。一般来说，关于带有同轴混合器的无挡板搅拌容器的稀缺信息是可用的，尽管无挡板容器有时用于工业实践中，例如当限制容器内部结垢或混合非常粘稠的材料时。偏心配置的研究甚少，但可能它们具有更广泛的实际意义，因为偏心叶轮定位改善了与中心叶轮的混合性能，同时以较小的表面涡旋为特征。叶轮偏心对混合的影响已在一些作品中进行了实验研究，但对这些系统的认识仍然不完整。对于层流状况，阿尔瓦雷斯已经通过实验研究了轴位置对流场的影响，阿瓦雷斯发现流动结构发生重要变化，即使对于低偏心率条件下的混合行为也有重大改进。在计算方面，里维拉）已经指出，偏心叶轮特殊的模拟困难。他们在层流状态下进行了偏心混合器配置的模拟，但就我们所知，在湍流状态下对离心搅拌器进行了验证的模拟尚未公开在迄今为止的公开文献中。 1.搅拌容器的几何构造。 （a）同轴轴; （b）偏心轴。在这项工作中，通过粒子图像测速仪（PIV）研究了无挡板容器的流体动力学，其与同轴或偏心的Rushton涡轮机搅拌。基于RANS的CFD模拟进一步研究了偏心配置的特定流动特征。结果与实验的比较证实，非稳态RANS（URANS）模拟能够正确预测偏心搅拌容器中的平均流场。 在这种情况下，通常的模拟策略不能用于挡板式搅拌容器，同样也不适用于同轴搅拌的无挡板容器。