[发明专利]一种提高流体混合效果的喷气式射流搅拌桨

说明书

本发明公开了一种提高流体混合效果的喷气式射流搅拌桨。本发明的喷气式射流搅拌桨固定于搅拌轴下方；在桨叶的背水面及远离中心的位置分别布置有气体喷嘴。侧面气体喷嘴射流随搅拌轴旋转对流体主要起剪切作用，能有效破坏流场的混合隔离区；背面气体喷嘴射流方向与旋转方向一致，使得气相射流与液体流场激烈混合增强液体湍动程度，结合六斜叶涡轮搅拌桨轴流特征，能显著提升流体主体循环。与现有技术相比，此种气体射流方式能大大提升流体的扰动混乱，增强流场结构的不对称性从而破坏流场的混合隔离区，增大流体的混沌混合程度。

技术领域

本发明涉及搅拌桨领域，具体是一种提高流体混合效果的喷气式射流搅拌桨。

背景技术

机械搅拌反应器广泛应用于化工、石化、轻工、医药、冶金、水处理等行业中，其工作原理是通过搅拌桨的旋转向搅拌槽内混合体系输入机械能，强化反应过程的传热和传质，提高生产效率。

搅拌桨作为搅拌反应器的重要核心部件之一，它能够向流体给予所需的适宜能量，从而促使流场多尺度结构的演化、形成、位移及多尺度流场结构间能量和物质的传递，但搅拌反应器通过搅拌桨向流场输入的总机械量真正用于流体内部混合的不到5％，经常需要通过增大搅拌转速来达到所需的混合状态。因此，现有的搅拌桨需要改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高流体混合效果的喷气式射流搅拌桨。值得说明的是，传统刚性搅拌桨在流场中易形成混沌混合区与混合隔离区，且混沌混合区与混合隔离区之间存在着较为稳定的流场结构界面，流场结构之间没有充分混合，导致搅拌反应器内的流体混合效率较低。经过研究，射流搅拌时气泡群在液体内上升过程中所造成的液体湍动可促进液体的对流循环，使多尺度流场结构不稳定性增强，流场不对称性增强。射流搅拌可破坏流场中混合隔离区内外的结构界面，强化流体混沌混合行为，提高流体混合效果。因此，本发明的搅拌桨主要包括搅拌轴和若干涡轮桨叶。

所述搅拌轴为中空的柱体，其内部具有导气管道。所述搅拌轴上端连接动力装置和高压气体发生装置、下端具有桨叶安装盘。所述桨叶安装盘为中空圆盘，其上端连接搅拌轴，其内腔与搅拌轴的内腔连通，其下端密封其四周具有气孔。

若干所述涡轮桨叶连接在安装盘的四周。所述涡轮桨叶内部具有通气管道。所述通气管道的进气口与安装盘上的气孔对接。

所述涡轮桨叶的表面具有气体喷嘴I和气体喷嘴II。所述气体喷嘴I和气体喷嘴II均与涡轮桨叶内部的通气管道连通，是通气管道的喷气口。所述气体喷嘴I位于涡轮桨叶远离安装盘的端面。所述气体喷嘴II位于涡轮桨叶冲下的下表面。

进一步，所述涡轮桨叶是安装盘周围的斜叶。所述安装盘和涡轮桨叶组成斜叶涡轮搅拌桨。进一步，所述安装盘和涡轮桨叶组成六斜叶涡轮搅拌桨

进一步，所述涡轮桨叶是扁平的长方体状叶片，其中，长方体的两个面积最大面是涡轮桨叶冲下和冲上的表面，这个两个面与水平面的夹角为45°。

进一步，所述气体喷嘴I和气体喷嘴II的直径d＝2～5mm。

进一步，所述涡轮桨叶的长度为Q，d＝1/5～2/5×Q。

进一步，所述涡轮桨叶的厚度为D，d＝1/2×D。

进一步，所述桨叶安装盘直径为Φ，Φ＝5×Q。

值得说明的是，本发明技术在已有技术的基础上，进一步对搅拌桨的结构进行优化，提出喷气式射流搅拌桨，在搅拌轴及桨叶内部布置导气通道，在搅拌过程中利用气体喷嘴射出的气流强化流体混合。

与现有技术相比，本发明的喷气式射流搅拌桨中在桨叶远心处侧面及背面中心位置分别布置气体喷嘴。侧面气体喷嘴射流随搅拌轴旋转对流体主要起剪切作用，能有效破坏流场的混合隔离区。背面气体喷嘴射流方向与旋转方向一致，使得气相射流与液体流场激烈混合增强液体湍动程度，同时六斜叶涡轮桨为轴流桨，能提升流体主体循环，增大流体的混沌混合程度。