曹乔乔 郝惠娣 王 瑾 秦 佩 雷建勇

(西北大学化工学院)

流体搅拌技术，尤其是多相流搅拌技术广泛应用于石油、化工及生物发酵等领域。在生物化工领域，好氧发酵过程要求气、液、固三相既要有充分接触，又要避免高剪切对介质造成损伤。自吸式龙卷流型搅拌槽是一种新型气、液、固三相搅拌槽，兼具中心龙卷流型搅拌槽固液悬浮和自吸分散的优点[1～3]。借助CFD软件对搅拌槽内部的混合性能进行预测模拟仿真，探索搅拌槽内气、液、固三相的混合效果，可便于后续的结构优化和实验研究。由于搅拌槽内部混合具有复杂性，数值模拟主要集中在单相或两相，涉及到气、液、固三相的研究非常少[4]，因此需要对搅拌槽内三相模拟技术进行深入的研究。笔者在已有的研究基础上，利用Ansys CFX软件对自吸式龙卷流型搅拌槽内的气、液、固三相的混合性能进行数值模拟，研究三相的流动特性、固液悬浮、气液分散和剪切效果，并与标准搅拌槽进行对比，研究结果对工业搅拌设备的研发和优化设计具有一定的指导意义。

1 计算模型

1.1几何模型

笔者选取的模拟对象为平底圆柱形搅拌槽(图1)。桨叶采用六直叶圆盘涡轮桨[5]，该桨叶具有临界转速低、结构简单和混合性能好的优点[6,7]。自吸式龙卷流型搅拌槽底部有4块对数螺旋线导流板，桨叶上方安装定子结构(气体分散装置)来完成气体的吸入。模拟过程中，搅拌槽的转速应大于气体吸入临界转速和临界悬浮转速，故取400r/min。……