圓盤斜葉渦輪式攪拌槽流場分析

Abstract

本研究主要針對圓盤式攪拌器作流場之計算模擬，並且在攪拌葉片具有一傾角。計算的流場為一複雜之三維紊流流場，假設流場為擬似穩態，使用高雷諾數 紊流模式，並在近壁面的流場使用壁函數作處理。在葉片旋轉區域內與葉片旋轉區域外，分別以旋轉座標系及靜止座標系作計算，由於攪拌槽具有對稱性，因此僅計算半個攪拌槽的範圍，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，計算網格為非結構性且非交錯式網格。 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)攪拌器葉輪的直徑D、(4)圓盤的直徑d等四種參數，藉由改變這四種參數來觀察流場的變化。 結果為當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，功率數會快速減少，攪拌數卻是增加，顯示在葉片旋轉區域內的流體由軸向轉為徑向時，流體必須繞過圓盤，因此需耗費更多功率。間隙越小，流場的軸向流動較強烈，因此葉片角度到達臨界角後，流場型態由軸向轉為徑向流動的變化非常明顯，功率數降低的幅度較明顯，反之，間隙大時，流場徑向流動增強，流場型態由軸向轉為徑向流場反而不明顯，功率數的降低幅度也跟著不明顯。 葉輪直徑相同情況下，增加圓盤直徑會使得同間隙下的臨界角度減小，功率數降低的幅度會增加，攪拌數增加的幅度也會大幅增加。增加葉輪直徑會使得流場型態由軸向流場改為徑向流場的現象更不明顯，也會使功率數的減少的幅度變小，而攪拌數的變化更為相近。