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搅拌设备大量应用于化工、医药、食品、采矿、造纸、涂料、冶金、废水处理等行业中。其主要目的之一是减小搅拌设备内的物料温度梯度,在多数伴有热效应的搅拌过程中,需要将全(或部分)过程维持在一定的温度下,这样就存在着对设备内物料的加热或冷却过程。本文在直径D=500mm,下封头为标准椭圆形封头的内加热搅拌罐中(内加热盘管使用φ20×2mm的不锈钢管,加热盘管中心直径D=330mm,高度5×50mm)对桨叶直径d=0.64 D的双层交错排列的改进型INTER-MIG搅拌器进行了搅拌功率以及传热系数方面的实验研究。应用fluent6.3软件对搅拌过程进行了数值模拟。研究了改进型INTER-MIG桨叶搅拌功率、传热过程以及传热系数。模拟过程采用了标准k-ε湍流模型,以多重参考系与滑移网格法相结合的方式处理混合模型。 本研究主要内容包括:⑴改进型INTER-MIG桨叶作为底层桨叶时釜底轴向形成了一个明显的逆向的喷射状流场。外围流体向下运动,中间流体向上运动,在桨叶尖端外围附近形成了一个明显的漩涡。在内盘管导流作用下桨间距增大到C2=0.4D的时候,仍然可以保持上下层流场连续,出现很强的整体循环流动;⑵离底高度、桨间距对搅拌功率的影响有限,在单层无盘管搅拌釜中出现的随着搅拌器的增高,搅拌功率先增大后减小的规律不显著。对于功率准数的研究表明:内盘管加热附件的应用并未显著影响过渡流区域搅拌功率准数,两者趋势一致,在过渡流区域功率准数略低于无盘管釜;⑶实验以及数值模拟所得的传热系数关系趋势一致,以单位体积功为参照关联的换热系数比通过雷诺数关联更接近实验测量值。在C1=0.3D、C2=0.4D、60r/min工况下,双层改进型INTER-MIG桨叶应用于内盘管加热搅拌装置时的研究表明:数值模拟所得到的温度场温差在1℃以内,温度边界层厚度平均值为3.66mm;⑷实验测得的功率较之数值模拟结果偏大,平均误差在20%以内;但是随着转速的增大,实验与模拟误差呈现减小的趋势,最小误差已经开始接近10%。实验测量与数值模拟温度变化过程误差在2℃以内,且呈规律性,能够满足工程研究要求,具有重要研究价值。