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Liquid flow in impeller region of an unbaffled agitated vessel with an angularly oscillating impeller

Authors


Abstract

The characteristics of a liquid flow were studied in the impeller region of an unbaffled agitated vessel with an angularly oscillating impeller whose unsteady rotation proceeds while periodically reversing its direction at a set angle. The measurement of the velocity of the liquid flow was performed by particle tracking velocimetry (PTV), abreast of that of the torque of the shaft to which the impeller was attached. When a disk turbine impeller with six flat blades was used with variations in operating conditions, such as the frequency and amplitude of impeller angular oscillation, a series of images obtained during one oscillation cycle were analyzed to characterize the internal and discharge streams inside and outside the impeller rotational region. Energy data were inferred on the basis of the circumferential and radial velocities of an internal flow. Results showed that although the total head provided to the liquid by the impeller blades is almost similar, independent of the amplitude of impeller angular oscillation, namely, the acceleration of its movement, the transformation of energy from the pressure head to the velocity head is more efficient at a larger amplitude. In addition, the discharge flow was characterized in terms of volumetric flow rates calculated from the radial and axial velocities. The operation at a smaller amplitude was shown to transform the flow more successfully from the radial direction to the upward and downward axial directions near the vessel wall.

Abstract

On a étudié les caractéristiques d'un écoulement liquide à proximité de la turbine dans un réservoir agité sans chicanes avec une turbine dont la rotation oscille de manière périodique et dont l'inversion de la direction de rotation se produit à un angle prédéfini. La mesure de la vitesse de l'écoulement liquide a été effectuée par vélocimétrie à suivi de particules, en même temps que celle du couple sur l'axe auquel la turbine est fixée. On a utilisé une turbine Rushton en faisant varier les conditions opératoires, telles la fréquence et l'amplitude de l'oscillation angulaire, et on a analysé une série d'images obtenues sur un cycle d'oscillation pour caractériser les courants internes et de décharge à l'intérieur et à l'extérieur de la région de rotation de la turbine. Des données d'énergie ont été déduites d'après les vitesses circonférentielles et radiales de l'écoulement interne. Les résultats montrent que bien que la tête totale fournie au liquide par les pales de la turbine soit presque semblable, indépendamment de l'amplitude de l'oscillation angulaire du mobile, à savoir l'accélération de son mouvement, la transformation d'énergie de la tête hydrostatique en énergie cinétique est plus efficace à plus grande amplitude. En outre, l'écoulement de décharge est caractérisé en termes de débits volumétriques calculés à partir des vitesses radiales et axiales. On montre que le fonctionnement à moins grande amplitude transforme l'écoulement de façon plus efficace de la direction radiale vers les directions axiales descendante et ascendante près de la paroi du réservoir.

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