1选题背景与意义

涂料行业为国民经济多个行业起到服务和配套的重要作用。涂料广泛应用于机械制造、交通运输、轻工、化工、建筑等行业，是不可或缺的功能材料。我国涂料行业多年来持续保持高于化工行业平均利润水平的发展态势，并且保持整体价格的平稳增长[1]。

涂料市场由此可见需求越来越大。而在涂料生产过程中，主要是液固相的分散、混合、溶解、传热等物理和化学相互反应作用，搅拌是生产过程较主要的单元操作[2]。通过搅拌使涂料充分混合，有利于提高涂料整体的附着力，防止出现发花、颜色不均等现象。搅拌釜式反应器在化工生产的核心设备中占有相当重要的地位，在染料、医药试剂、食品及合成材料工业中，都有广泛的应用[3]。

搅拌反应器是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元之一。采用机械搅拌的形式混合流体的过程所对应的宏观混合时间较长，过程主要受宏观混合控制，在工业生产中大约有85%的液-液混合过程在搅拌釜中完成的[4]。

目前，反应器选型和内构件的设计还在很大程度上依赖于实验和经验，对放大规律还缺乏深入的认识，对于能耗和生产成本只能在一定规模的生产装置上对比后才能得出结论。由于对产品的回收率和质量要求越来越高，对搅拌反应器的研究日趋深入，已从早期就对搅拌功率和混合时间有了研究，20世纪80年代对反应釜内的流体速度场分布的研究，进入到20世纪90年代以来的搅拌釜内三维流场的数值模拟研究。流场数值模拟必须在深入进行流体力学研究的基础上，综合考虑其流动的三维性、随机性、线性和边界条件不确定性，通过数值模拟不但可以解决反应器的放大机理，而且可以优化设计开发新型高效搅拌器，使机械搅拌器的设计理论更加完善[5]。

因此，利用流场数值模拟优化并设计一种高效的涂料搅拌釜，可以促进技术进步，推动涂料业的发展。

2国内外研究状况

搅拌釜主要由搅拌装置，搅拌容器，密封装置三部分构成。搅拌装置包括传动装置、搅拌轴、搅拌器。搅拌容器包括容器本身、外部加热装置等外部其他附件。密封装置主要是指搅拌轴与搅拌容器之间的动密封。搅拌釜近年来的进展进展主要有以下几方面。

2.1搅拌器的发展

搅拌器是搅拌釜的核心关键部件，搅拌器又被称作叶轮或桨叶，其功能是提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近形成高湍动的充分混合区，并产生一股高射流推动液体在搅拌容器内循环流动，然后使物料进行混合反应。

搅拌桨结构多样，如图1所示。搅拌桨型式的选择应依据反应器内物料特性和生产过程而定。低黏度均相液体混合一般采用推进式搅拌器。非均相液体

混合应采用平直叶或弯叶涡轮式搅拌器。在有固体悬浮操作情况下，固体粒度大，固液相对密度差大或固体含量在30%以下的场合，应选用涡轮搅拌器；若固体硬度大，选用弯叶式更为合适，它有不易磨损的优点。当固体粒度小、固液相对密度差大，固体含量在60%～90%的场合可选用桨式搅拌。固液相对密度差较小且固体含量小于50%时，推进式搅拌较为合适[4]。

2.1.1涡轮式与推进式搅拌

根据上述的搅拌器的介绍，涡轮式与推进式搅拌器应用范围广泛，因此深入分析这两种搅拌釜釜内流体的流动特性对搅拌设备的选择具有重要意义。

推进式搅拌器属于轴向流型搅拌器，具有循环能力强、动力消耗低等优点，涡轮式搅拌器属于径向流型搅拌器具有径向排量大、分散能力强等优点[6]。