張 玉 金光遠(yuǎn) 崔政偉 宋春芳 陳海英

(1. 江蘇省食品先進(jìn)制造裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122；2. 江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122)

微波加熱與傳統(tǒng)加熱相比，具有升溫速率快、反應(yīng)時(shí)間短、產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，被廣泛用于食品干燥、高溫冶金、化學(xué)反應(yīng)等實(shí)際工程中。利用微波加熱可以克服生產(chǎn)制備生物柴油化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)速率慢、醇/油兩相接觸差、能耗高等缺點(diǎn)[3]。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)微波反應(yīng)器的研究主要集中在改變微波反應(yīng)器內(nèi)壁形狀[4-6]、饋源位置及分布[7]、微波功率[8]等方面，缺少對(duì)微波反應(yīng)器攪拌混合性能的分析。攪拌作為微波反應(yīng)器中一個(gè)重要的組成單元，不僅可以增大物料與微波的接觸面積，提高化學(xué)反應(yīng)速率，而且還可以增加溫度分布均勻性。如何選用合適的攪拌槳來(lái)提供適當(dāng)?shù)牧鲌?chǎng)進(jìn)而提高微波反應(yīng)器混合效率，是微波反應(yīng)器研究的重點(diǎn)[9]。計(jì)算流體力學(xué)以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，通過(guò)高性能計(jì)算機(jī)模擬實(shí)際工況運(yùn)行，給出試驗(yàn)所不能得出的流動(dòng)細(xì)節(jié)，是分析微波反應(yīng)釜攪拌混合性能優(yōu)劣的主要工具[10-11]。

國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者就提高反應(yīng)釜攪拌性能做出了大量的研究。Zhu等[12]設(shè)計(jì)了一種新型帶絞龍的微波反應(yīng)釜，通過(guò)Comsol模擬和實(shí)際運(yùn)行比較發(fā)現(xiàn)：與不帶絞龍旋轉(zhuǎn)的微波反應(yīng)釜相比，帶絞龍旋轉(zhuǎn)攪拌的反應(yīng)釜中溫度均勻性大大提高；面對(duì)強(qiáng)放熱反應(yīng)釜在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)物料混合不均、散熱性能較差的問(wèn)題，周俊超等[13]利用Fluent模擬了不同盤管離底高度下反應(yīng)釜內(nèi)速度流場(chǎng)，通過(guò)比較不同徑向位置下流體速度的大小來(lái)獲得最優(yōu)離底高度；劉方等[14]通過(guò)改變攪拌轉(zhuǎn)速、槳徑和葉片傾角等參數(shù)，優(yōu)化了聚酯合成攪拌反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)，經(jīng)優(yōu)化后的反應(yīng)釜在實(shí)際運(yùn)行中大大縮短了聚酯反應(yīng)的時(shí)間；汪博愷等[15]研究了黏度對(duì)微波反應(yīng)釜攪拌槳功率的影響，得出在較高黏度下三葉推進(jìn)式攪拌槳功耗更低。

本研究擬設(shè)計(jì)不同槳型組合的雙層攪拌結(jié)構(gòu)微波反應(yīng)釜，基于計(jì)算流體力學(xué)CFD方法，采用層流模型和組分?jǐn)U散模型對(duì)具有不同推進(jìn)式槳型組合的雙層攪拌槳在微波反應(yīng)釜內(nèi)無(wú)微波作用時(shí)的流動(dòng)混合特性進(jìn)行數(shù)值模擬和分析，考察了由推進(jìn)槳型A100和A200不同組合方式下反應(yīng)釜內(nèi)甲醇和菜籽油反應(yīng)混合液的流動(dòng)特征，及加料點(diǎn)位置對(duì)流動(dòng)混合時(shí)間的影響規(guī)律，以期為用于酯化反應(yīng)的微波反應(yīng)釜中攪拌槳的設(shè)計(jì)、選型和應(yīng)用提供具有實(shí)際意義的理論依據(jù)。

1 計(jì)算模型

1.1 反應(yīng)釜及攪拌槳結(jié)構(gòu)

計(jì)算采用以W·RAT-20型微波反應(yīng)釜為模擬對(duì)象，其釜徑T=80 mm、液位高度H=120 mm、無(wú)擋板設(shè)計(jì)，反應(yīng)釜模型及坐標(biāo)系如圖1所示。所使用的推進(jìn)式槳參數(shù)特征及其雙層組合型式如圖2所示，具體參數(shù)見(jiàn)表1。其中雙層三葉推進(jìn)式組合槳(A1)是由Lightnin公司生產(chǎn)的A100型軸流上推式槳組合而成，A1的改進(jìn)型A2與A3只是將相對(duì)應(yīng)的上、下層槳改為L(zhǎng)ightnin公司生產(chǎn)的A200型軸流上推式槳，保持槳間距h=40 mm與離底高度c=20 mm不變。

圖1 反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 2種原型槳及3種組合方式

表1 槳參數(shù)

1.2 攪拌混合液及槽內(nèi)流態(tài)

攪拌混合液為摩爾比6∶1的甲醇和菜籽油反應(yīng)混合液，經(jīng)測(cè)定密度ρ=876 kg/m3，黏度μ=0.016 Pa·s；攪拌轉(zhuǎn)速N=-360 r/min。根據(jù)雷諾數(shù)公式[式(1)]，得Re=295.65，屬層流。

(1)

2 數(shù)學(xué)模型

本設(shè)計(jì)主要研究的是雙層三葉推進(jìn)式攪拌槳及其改進(jìn)型式在反應(yīng)釜內(nèi)的流動(dòng)特性，需遵守流體力學(xué)物理守恒方程，即滿足連續(xù)性方程和動(dòng)量方程。在模擬示蹤劑擴(kuò)散過(guò)程和預(yù)測(cè)混合時(shí)間方面，也需滿足組分?jǐn)U散方程。

連續(xù)性方程：

(2)

式中：

u、v、w——速度矢量V在x、y、z方向的分量。

動(dòng)量方程：

(3)

(4)

(5)

式中：

p——流體微元上的壓力；

τij——j方向的黏性應(yīng)力作用在垂直于i軸的平面上的分量；

fx、fy、fz——單位質(zhì)量體積力在x、y、z方向的分量。

組分?jǐn)U散方程：

(6)

式中：

cs——組分s的體積濃度，%；

ρcs——組分s的質(zhì)量濃度，kg/m3；

Ds——組分s的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；

Ss——系統(tǒng)內(nèi)部單位時(shí)間內(nèi)單位體積通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的組分s的質(zhì)量，即生產(chǎn)率，kg。

3 數(shù)值模擬方法

3.1 網(wǎng)格劃分及無(wú)關(guān)性檢驗(yàn)

在Unigraphics(UG)中建立反應(yīng)釜幾何模型，導(dǎo)入ICEM-CFD(計(jì)算流體力學(xué)前處理軟件)中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。由于非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格在處理彎曲曲面時(shí)具有優(yōu)良的適應(yīng)性，因此選用非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格對(duì)反應(yīng)釜模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并對(duì)槳表面及附近區(qū)域做加密處理。以具有組合槳A1的反應(yīng)釜為例進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析，采用7套不同數(shù)量的網(wǎng)格(5.60×105，6.40×105，7.80×105，8.80×105，9.40×105，1.10×106，1.33×106)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)計(jì)算得到網(wǎng)格數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響，如圖3所示。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量>8.80×105時(shí)，組合槳轉(zhuǎn)矩的誤差<1%，因此網(wǎng)格數(shù)量選擇8.80×105。具有組合槳A2、A3反應(yīng)釜的網(wǎng)格數(shù)量分別為9.80，9.90×105。

3.2 邊界條件

運(yùn)用CFD中多重參考系模型(MRF)將反應(yīng)釜分為2個(gè)計(jì)算域：轉(zhuǎn)子計(jì)算域與靜止計(jì)算域。轉(zhuǎn)子計(jì)算域包括槳和攪拌軸；靜止計(jì)算域包括壁面在內(nèi)的區(qū)域，兩者用交界面(interface)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。將轉(zhuǎn)子計(jì)算域設(shè)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)條件，轉(zhuǎn)速為-360 r/min；靜止計(jì)算域?yàn)殪o止條件；攪拌槳相對(duì)于轉(zhuǎn)子計(jì)算域的速度為0 r/min，為旋轉(zhuǎn)無(wú)滑移壁面邊界條件；釜壁為靜止無(wú)滑移壁面邊界條件；不考慮自由液面特征，將釜口液面設(shè)為對(duì)稱面邊界。

3.3 計(jì)算方法

因Re=295.65，故選擇層流模型；考慮重力影響；速度—壓力耦合采用SIMPLE算法；壓力離散選擇Standard格式；動(dòng)量離散選擇二階迎風(fēng)格式，松弛因子保持不變；收斂殘差設(shè)為10-8，計(jì)算收斂后獲得穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)。

將穩(wěn)態(tài)收斂的流場(chǎng)作為初始條件進(jìn)行濃度場(chǎng)計(jì)算。選用同組分的醇油混合液作為示蹤劑，啟動(dòng)組分傳輸模型，激活組分?jǐn)U散方程，但不打開(kāi)化學(xué)反應(yīng)選項(xiàng)，確保反應(yīng)釜內(nèi)單相多組分間只進(jìn)行單純的物料混合。運(yùn)用Fluent中補(bǔ)丁函數(shù)，以加料點(diǎn)為圓心，做半徑為5 mm的球體，將其濃度定義為1，其他部分濃度為0，將濃度收斂殘差設(shè)定為10-6，時(shí)間步長(zhǎng)為0.015 s，開(kāi)始進(jìn)行迭代計(jì)算。

圖3 網(wǎng)格劃分及無(wú)關(guān)性檢驗(yàn)

為研究不同加料點(diǎn)對(duì)混合時(shí)間的影響，本研究選取3個(gè)加料點(diǎn)，如表2所示。其中加料點(diǎn)A位于上層槳的上部，加料點(diǎn)B位于上下槳之間，加料點(diǎn)C位于下層槳下部。3個(gè)加料點(diǎn)分別位于反應(yīng)釜的上、中、下區(qū)域。在釜內(nèi)設(shè)置6個(gè)不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)濃度隨時(shí)間的變化曲線，來(lái)確定混合時(shí)間。6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與3個(gè)加料點(diǎn)基本覆蓋整個(gè)反應(yīng)釜，如圖1所示。規(guī)定軸向速度沿z軸正向?yàn)檎?，反之為?fù)；徑向速度由攪拌槳指向釜壁為正，反之為負(fù)；切向速度與攪拌槳旋轉(zhuǎn)方向一致為正，反之為負(fù)。

而來(lái)自涼州區(qū)云昌鎮(zhèn)中溝村的西紅柿種植戶張萬(wàn)鑫給我們算了一筆細(xì)賬，過(guò)去，沖一次水，肥料成本在230元左右，而用“親土1號(hào)”后，沖一次水只需100元，全年來(lái)看，過(guò)去每畝用肥成本有2500-3000元，而現(xiàn)在只需1000-1500元，而且西紅柿品質(zhì)提升后，平均每公斤還可多賣0.2-0.3元，真正做到了提質(zhì)又增收。

4 結(jié)果分析

4.1 流動(dòng)特性

4.1.1yz平面內(nèi)速度分布 圖4表示具有3種組合槳的反應(yīng)釜在yz平面內(nèi)的速度矢量圖。從圖4中看出，3種組合槳在反應(yīng)釜內(nèi)總的流型是以上下槳為中心形成的上下循環(huán)渦流，上下槳間存在方向與y軸平行的環(huán)流面(z=22 mm)，環(huán)流面[16-17]的存在會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)釜中上下槳對(duì)流體的攪拌作用限制在各自半層內(nèi)，阻礙混合液的軸向流動(dòng)，影響全釜的混合效果。組合槳A3下層槳附近的渦旋較組合槳A1、A2而言，循環(huán)渦流偏上，渦徑較大，其射出的流體速度與y軸呈一定的夾角，使流體產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)，有利于打破組合槳A1中上下槳間環(huán)流面對(duì)流體軸向遷移的阻礙作用。

表2 加料點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)

4.1.2xy平面內(nèi)速度分布 圖5為具有組合槳A1的反應(yīng)釜在豎直高度z=22 mm時(shí)，xy平面內(nèi)合速度和軸向速度分布。觀察圖5(a)可知，合速度在xy平面內(nèi)呈圓環(huán)狀分布，由攪拌中心沿釜徑方向速度先增加再減小。由圖5(b)中xy平面內(nèi)軸向速度分布可知，該位置流體的軸向速度接近為0，說(shuō)明流體在該位置時(shí)基本無(wú)軸向運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致該平面對(duì)上下槳間混合液的軸向遷移起阻礙作用，不利于全釜內(nèi)混合液的混合。

圖4 3種組合槳反應(yīng)釜內(nèi)速度矢量圖

圖5 組合槳A1反應(yīng)釜在水平面z=22 mm時(shí)速度云圖

為進(jìn)一步比較組合槳A1環(huán)流面位置處的速度分布特點(diǎn)，取環(huán)流面內(nèi)徑向位置(x=0、z=22 mm、y為-40～40 mm)合速度、軸向、徑向、和切向分速度，如圖6所示。環(huán)流面處軸向速度趨近于0；徑向速度呈左右對(duì)稱分布，結(jié)合圖4(a)，混合液從釜壁流向攪拌軸，速度絕對(duì)值先增大再減小，在徑向y=±20 mm近槳尖區(qū)域處達(dá)到最大；切向速度為負(fù)，說(shuō)明流體與組合槳同向旋轉(zhuǎn)，切向速度絕對(duì)值由近軸區(qū)域向釜壁方向先增后減。

3種組合槳在環(huán)流面位置處(x=0、z=22 mm、y為-40～40 mm)的軸向速度分布，如圖7所示。與組合槳A1的軸向速度相比，組合槳A2和A3的軸向速度明顯加強(qiáng)。改進(jìn)后的組合槳A2(v2=5.56×10-3m/s)和A3(v3=1.04×10-2m/s)的最大軸向速度分別是A1(v1=4.56×10-3m/s)的1.22，2.28倍，有助于促進(jìn)上下槳間混合液的軸向遷移，增強(qiáng)釜內(nèi)流體的混合攪拌效果。

圖6 組合槳A1反應(yīng)釜內(nèi)速度分布

圖7 3種組合槳反應(yīng)釜內(nèi)同一位置處軸向速度分布

Figure 7 Axial velocity distribution in microwave reactor with different combined impellers

4.2 示蹤劑濃度擴(kuò)散過(guò)程

在反應(yīng)釜中添加示蹤劑，示蹤劑會(huì)跟隨混合液運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散，當(dāng)釜內(nèi)任一位置的示蹤劑濃度相等時(shí)，認(rèn)為已達(dá)到均勻混合。圖8為具有組合槳A1的反應(yīng)釜在加料點(diǎn)A加入示蹤劑時(shí)，示蹤劑在釜內(nèi)隨時(shí)間流動(dòng)擴(kuò)散的過(guò)程。

如圖8(b)所示，t=3 s時(shí)，示蹤劑由初始位置被上層槳的循環(huán)渦流[圖4(a)]攜帶擴(kuò)散，趨向形成循環(huán)渦狀結(jié)構(gòu)，說(shuō)明主體混合液的流動(dòng)對(duì)示蹤劑的擴(kuò)散起主要作用；隨著攪拌繼續(xù)，t=15 s時(shí)，示蹤劑主要在反應(yīng)釜上層槳區(qū)進(jìn)行擴(kuò)散，同時(shí)少量示蹤劑進(jìn)入反應(yīng)釜下層槳區(qū)，上下槳間開(kāi)始出現(xiàn)分層現(xiàn)象(z=22 mm)；當(dāng)攪拌進(jìn)行到t=22 s以后，在圖8(d)～(e)中，上下槳間示蹤劑濃度的分層現(xiàn)象明顯，不同濃度的示蹤劑分別在反應(yīng)釜上層槳區(qū)與下層槳區(qū)內(nèi)進(jìn)行混合；在攪拌混合的后期(t=42 s以后)，如圖8(f)～(g)所示，上層高濃度區(qū)的示蹤劑依靠濃度差在上下循環(huán)渦流的攜帶下繼續(xù)向下層低濃度區(qū)擴(kuò)散，分層面的高度逐漸降低，釜內(nèi)上層槳區(qū)與下層槳區(qū)間的示蹤劑濃度差逐漸減小，最終釜內(nèi)上、下槳區(qū)示蹤劑濃度一致，達(dá)到均勻混合。

為比較3種組合槳對(duì)示蹤劑濃度擴(kuò)散的影響，取相同時(shí)刻t=51 s時(shí)反應(yīng)釜濃度分布云圖分析，如圖9所示。在攪拌混合的后期，組合槳A2、A3釜內(nèi)的示蹤劑濃度與A1相比，上下槳間示蹤劑濃度無(wú)分層現(xiàn)象，基本達(dá)到均勻混合，而組合槳A1上下槳間依然存在分層現(xiàn)象，仍需要一定的時(shí)間達(dá)到均勻混合。

圖8 不同混合時(shí)刻組合槳A1反應(yīng)釜內(nèi)示蹤劑濃度分布

圖9 t=51 s時(shí)反應(yīng)釜內(nèi)示蹤劑濃度分布

根據(jù)以上分析，隨著攪拌的進(jìn)行，釜內(nèi)示蹤劑濃度擴(kuò)散出現(xiàn)分層面，分層面的發(fā)生和遷移與前面討論的上下槳間存在軸向速度趨近于零的環(huán)流面，有著密切的關(guān)系。環(huán)流面的存在制約著示蹤劑濃度擴(kuò)散時(shí)分層面的發(fā)生發(fā)展，影響全釜的混合效果。與組合槳A1相比，組合槳A2與A3，在環(huán)流面區(qū)域提高了流體的軸向速度，加快了示蹤劑濃度擴(kuò)散，改善了全釜的混合效果。

4.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)濃度響應(yīng)特征

為了考察反應(yīng)釜內(nèi)不同高度位置處示蹤劑濃度擴(kuò)散的響應(yīng)歷程，及加料點(diǎn)位置對(duì)示蹤劑濃度擴(kuò)散的影響，以監(jiān)測(cè)點(diǎn)濃度與反應(yīng)釜最終混合濃度的比值作為y軸，繪制組合槳A1釜內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)濃度的時(shí)間響應(yīng)曲線，如圖10所示，加料點(diǎn)位置分布見(jiàn)圖1。

當(dāng)加料點(diǎn)位于組合槳上層槳上部加料時(shí)，如圖10(a)所示。結(jié)合圖8示蹤劑濃度隨時(shí)間分布可知，初始階段示蹤劑主要在反應(yīng)釜上層槳區(qū)進(jìn)行擴(kuò)散，所以位于上層槳區(qū)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)1～4都有明顯的高于均勻混合時(shí)的濃度峰值，其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)2因與加料點(diǎn)A位于同一高度，擴(kuò)散距離最近，響應(yīng)濃度最大。當(dāng)濃度響應(yīng)曲線到達(dá)峰值后，示蹤劑隨著上層循環(huán)渦流的攜帶擴(kuò)散，再緩慢降低至穩(wěn)定值。而位于反應(yīng)釜下部的監(jiān)測(cè)點(diǎn)5、6，由于距離加料點(diǎn)較遠(yuǎn)，示蹤劑由上層槳區(qū)擴(kuò)散至下層后，經(jīng)下層槳循環(huán)渦流的攜帶擴(kuò)散，其濃度從零增加平穩(wěn)緩慢上升至穩(wěn)定值，全釜示蹤劑濃度達(dá)到一致，完成均勻混合。

當(dāng)加料點(diǎn)位于組合槳上下槳間加料時(shí)，如圖10(b)所示。示蹤劑可以同時(shí)受上下槳循環(huán)渦流的影響，減小環(huán)流面對(duì)釜內(nèi)上下槳交界處混合液流動(dòng)混合的影響，所以濃度響應(yīng)曲線是3個(gè)加料點(diǎn)中最快達(dá)到收斂的。

當(dāng)加料點(diǎn)位于組合槳下層槳下部加料時(shí)，如圖10(c)所示。示蹤劑首先在釜底區(qū)域擴(kuò)散，再向釜中部和上部擴(kuò)散，所以位于釜底的監(jiān)測(cè)點(diǎn)5、6，其濃度響應(yīng)曲線先達(dá)到峰值再緩慢收斂，而位于中上部的監(jiān)測(cè)點(diǎn)1～4，其濃度響應(yīng)曲線平穩(wěn)緩慢上升至穩(wěn)定值。綜上所述，由3個(gè)加料點(diǎn)的濃度響應(yīng)曲線分布顯示，理想加料點(diǎn)為上下槳間的加料點(diǎn)B。

4.4 混合時(shí)間

混合時(shí)間[18]是指從攪拌開(kāi)始至達(dá)到規(guī)定混合程度所消耗的時(shí)間，國(guó)際上通常采用95%規(guī)則，即從數(shù)值模擬開(kāi)始至示蹤劑達(dá)到最終穩(wěn)定值±5%所用的時(shí)間。由上述監(jiān)測(cè)點(diǎn)濃度響應(yīng)曲線分析可知，在組合槳上下槳間加料時(shí)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的濃度響應(yīng)曲線能達(dá)到最快的收斂，故分析在理想加料點(diǎn)B加料的條件下，3種組合槳對(duì)反應(yīng)釜中監(jiān)測(cè)點(diǎn)混合時(shí)間的影響，如表3所示。

由表3可知，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)混合時(shí)間的差值中組合槳A3最小(2.94 s)，組合槳A2其次(17.31 s)，組合槳A1最大(17.88 s)，說(shuō)明組合槳A3對(duì)釜內(nèi)示蹤劑的混合能力最強(qiáng)，釜內(nèi)各處幾乎同時(shí)達(dá)到均勻混合。以各監(jiān)測(cè)點(diǎn)中最長(zhǎng)的混合時(shí)間作為反應(yīng)釜中液液混合的時(shí)間，來(lái)確定最優(yōu)組合槳。與組合槳A1(38.85 s)相比，組合槳A2(34.47 s)和A3(20.52 s)均縮短了反應(yīng)釜中液液混合的時(shí)間，但組合槳A3更為顯著。

圖10 不同加料點(diǎn)下組合槳A1反應(yīng)釜內(nèi)濃度響應(yīng)曲線

Figure 10 Tracer concentration response curve at different feeding points in microwave reactor with combined impeller A1

表3 3種組合槳反應(yīng)釜內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)混合時(shí)間

5 結(jié)論

(1) 通過(guò)層流模型對(duì)組合槳A1釜內(nèi)流場(chǎng)和速度場(chǎng)分析得出，組合槳A1上下槳間存在一個(gè)軸向速度趨近于零的環(huán)流面，該環(huán)流面阻礙了上下槳間混合液的軸向遷移流動(dòng)，影響全釜的混合效果。與組合槳A1相比，組合槳A2與A3顯著增強(qiáng)了環(huán)流面區(qū)域中流體的軸向速度，最大軸向速度分別是A1的1.22，2.28倍，改善了該區(qū)域混合液軸向遷移流動(dòng)。

(2) 利用組分?jǐn)U散模型成功模擬了示蹤劑隨混合液流動(dòng)擴(kuò)散的過(guò)程，驗(yàn)證了上下槳間環(huán)流面對(duì)示蹤劑的混合擴(kuò)散起阻礙效果。相同時(shí)刻下，組合槳A2、A3對(duì)示蹤劑的混合效果優(yōu)于組合槳A1。

(3) 加料點(diǎn)的位置會(huì)影響反應(yīng)釜內(nèi)示蹤劑的混合時(shí)間，理想加料點(diǎn)為上下槳間的加料點(diǎn)B。在理想加料點(diǎn)加料的條件下，組合槳A3釜內(nèi)液液混合時(shí)間最短，對(duì)于提高微波反應(yīng)釜攪拌效率，節(jié)約能源具有重要的實(shí)際意義。

(4) 利用CFD對(duì)3種組合槳在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下微波反應(yīng)釜中混合機(jī)理進(jìn)行初步探索，未考慮化學(xué)反應(yīng)對(duì)模擬結(jié)果的影響，在今后模擬混合過(guò)程中需結(jié)合反應(yīng)機(jī)理，通過(guò)產(chǎn)物質(zhì)量考察攪拌槳對(duì)液液混合的影響。