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多层叶轮的设计优化

高径比 H/D 较大的瘦长型曹比矮胖型槽有更大的单位体积传热面，常用作反应器。一般认为，在有挡板的情况下，一个叶轮的有效作用高度约与槽径相当，因此当H/D大于1时往往要采用双层叶轮，当H/D大于2时则采用三层叶轮。在操作固-液体系时，若要使固体粒子在全槽均匀悬浮，也以采用小槽径，大高径比的槽为节能。还有，在气-液搅拌槽中，几乎都是采用多层圆盘涡轮的方案。

1. 双层径向流叶轮

对于采用多层叶轮的搅拌槽，叶轮之间的距离对流型、搅拌功率和混合速率均有很大影响。早在1983年，翁志学等便对多层桨的桨间距与流型、搅拌功率、混合时间的关系进行了研究(211，对于双层直叶开启涡轮的研究结果。

实验时液深H等于2D，d/D为0.4，b/D为0.1，层间距以L表示，槽内装有四枚挡板，挡板宽W。为0.1D。图中P/P，表示双层叶轮的搅拌功率与单层时的比值，T为量纲为一的混合时间，称混合时间数。

当L/D等于0.1，即将两层叶轮合并时，相当于叶宽增加一倍的单层叶轮，此时P/P，等于2，达较大值，同时T，较小，即混合较快。当L/D等于0.3～0.4，P/P，有一较小值，此时流型仍与单层桨相似，由于上、下两层桨形成的轴向循环流的重叠区比前者减少，故Tm有所增加。

当L/D等于或大于0.6时，两层叶轮的相互干涉消失，成为各自独立作用的情况，这时P/P，又等于2，Tm进一步增加。当L/D大于或等于1.4，上层叶轮之上和下层叶轮之下的液层减薄，P/P，又小于2。在此场合，两叶轮的作用范围脱节，混合速率变得更慢。三层叶轮的情况与二层类似。通常L/D在0.3至1.0之间，多层桨的搅拌功率较多为单层桨的搅拌功率和层数之积。

由此可知，使用多层叶轮时，各层叶轮均有自己的作用范围，轴向大循环不易形成，轴向混合并不理想。对轴向混合要求高的场合，以使用长径比小的槽配合单层叶轮为好，也可用较小层间距的双层叶轮来适当提高槽的长径比。