葉片具傾斜角之葉輪攪拌槽流場分析

Abstract

本研究是對一個具有傾角之葉輪攪拌器作流場之計算，引用SIMPLE壓力修正法，用有限容積法來離散統御方程式，假設流場為擬似穩態，所計算的流場是三維紊流流場，紊流模式是使用高雷諾數的 模式，並在近壁面的流場使用壁函數作處理。在葉片旋轉區內和葉片旋轉區以外，分別以旋轉座標系及靜止座標系作計算。由於假設攪拌槽具有對稱性，而且每一葉片的尺寸外型皆相同，為了減少計算量，僅取半個攪拌槽範圍進行流場分析，當流體流經此範圍邊界時，流出與流入的通量需相同，此範圍之邊界為週期性邊界，計算網格是使用非結構性與非交錯式網格。 本研究主要是改變(1)葉片的傾角α、(2)攪拌器的葉片中心與攪拌槽底部之間的間隙C、(3)攪拌器葉片的直徑D、(4)攪拌器的轉速Ω等四種參數，探討在改變這四種參數時，流場所產生的變化。 其結果葉片的傾角逐漸加大到臨界角度以後，流場型態會由軸向流場改為徑向流場，功率數也會快速增加，攪拌數卻是加速減少，顯示在葉片旋轉區域內的流體交換速度減低。間隙越大時，當葉片的傾角加大到臨界角度以後，流場型態由軸向流場改為徑向流場的現象會越不明顯，功率數也因間隙變大而使得在臨界角度後的增加幅度減小，攪拌數也是隨著間隙增加而變小。間隙越小會使軸向流場改為徑向流場的現象越明顯，功率數在臨界角度後的增加幅度也越大，攪拌數也變大。加大葉片直徑後，使得流場型態由軸向流場改為徑向流場的現象越不明顯，也會使功率數的增加幅度變小，而攪拌數是減少的幅度變大。轉速的改變，對流場型態以及功率數、ε*、κ*和攪拌數的影響不大。