转子导程及偏心率对面团混合器混合流场及效率影响分析

摘要

为了探究偏心螺旋转子扰动下面团混合器的混沌混合机制,明确偏心转子系统的关键几何参数对混沌混合机制的影响,从三维Lagrangian的新视角,利用有限时间Lyapunov指数(finite-time lyapunov exponent,FTLE)和拉格朗日拟序结构(lagrangian coherent structure,LCS),结合经典Poincaré 截面,对面团混合器的流体输运和混合机理进行了深入研究.利用LCS的准边界特性,分析了混合器的混沌和非混沌区域分布规律;研究了转子偏心率对混沌尺度和非混沌区粒子运动特性的影响规律.利用剪切速率、对数拉伸、瞬时混合效率和平均时间混合效率等,分析了转子导程和偏心率对混合器混合效率的影响.结果表明,双曲LCS将混合器流域划分为两个不同动力学特性的区域:内回转区和外螺旋区.随着转子偏心率逐渐增大,外螺旋区流体的混沌混合强度增大,内回转区混合强度逐渐较低,当偏心率较小时,流体混合以内回转区运动为主;由于转子扰动减小,减小了混合器的轴向物质输运.从拉伸流动混合效率角度可知,当导程l=120 mm、偏心率 ε=0.67时,混合器的具有相对较高的拉伸混合效率;当导程l=60 mm、偏心率 ε=0.33时,混合器的拉伸混合效率相对最低,但其剪切混合效率相对最高.该文为食品及其它混合设备的设计和优化提供了新的研究思路和理论依据.