混沌搅拌装置及混合实验研究

摘要

搅拌操作广泛应用于化工、石化等行业。常规匀速层流搅拌时,搅拌器桨叶的上下方会出现环状的混合隔离区,导致混合时间长,混合效率低。美国学者Aref将混沌的概念引入到流体混合领域后,人们采用多种方法诱发混沌对流,消除混合隔离区,提高混合效率。香港大学的邹国棠等人提出采用混沌转速搅拌的方法来消除混合隔离区,基于此,本文研究一种新型的混沌搅拌装置,并利用该装置进行混沌转速搅拌性能研究。
　　 采用混沌映射与PWM技术相结合的方法获得混沌转速控制信号,设计了混沌转速控制系统,进而开发出混沌搅拌装置。使用LabVIEW软件设计了上位机控制界面,通过上位机控制界面可以在多种转动型式之间切换,并能够方便地调节转速参数。
　　 利用混沌搅拌装置进行了搅拌混合实验研究,通过酸碱中和脱色法测量混合时间,通过电能测试仪测量搅拌能耗。鉴于混沌转速搅拌的特殊性,用单位体积混合能WV和比混合能C4*两个参数作为搅拌性能评价指标。实验结果表明,在峰值相同的条件下,单向混沌转速搅拌性能优于正反向混沌转速搅拌;混沌转速搅拌性能与转速峰值成正比,却与换速时间成反比;即使在混沌转速搅拌的转速峰值比匀速值小很多的情况下,混沌转速搅拌性能仍比匀速搅拌好很多;匀速搅拌时,层流搅拌槽中会形成大范围长时间存在的混合隔离区,而混沌转速搅拌可以消除混合隔离区,主要是因为混沌转速搅拌诱发全槽范围的对流混合,无法形成匀速搅拌中那样长时间含有固定流体的混合隔离区。