Power and mean flow characteristics in mixing vessels agitated by hyperboloid stirrers

Authors

  • F. T. Pinho,

    Corresponding author
    1. Departamento de Engenharia Mecǎnica e Gestäo Industrial, Faculdade de Engenharia, Rua dos Bragas, 4099 Porto Codex, Portugal
    • Departamento de Engenharia Mecǎnica e Gestäo Industrial, Faculdade de Engenharia, Rua dos Bragas, 4099 Porto Codex, Portugal
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  • F. M. Piqueiro,

    1. Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia, Rua dos Bragas, 4099 Porto Codex, Portugal
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  • M. F. Proençla,

    1. Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia, Rua dos Bragas, 4099 Porto Codex, Portugal
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  • A. M. Santos

    1. Instituto de Engenharia Mecǎnica e Gestäo Industrial, Unidade de Témica Industrial, Rua do Barroco 174, 4465 S. Mamede de Infesta, Portugal
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Abstract

The mean flow and energy consumption in vessels powered by hyperboloid stirrers was investigated. The Newton number followed an inverse linear law for Reynolds numbers below approximately 200, which had values more than twice higher the corresponding Newton number for a standard Rushton turbine. At high Reynolds number flows the Power number varied between 0.5 for a D/T = 0.78 impeller to 0.95 for a D/T = 0.24 impeller, as compared to a value of 5 for the standard Rushton stirrer, and to values of 0.31 and 1.58 for the Chemineer and Prochern hydrofoils. The power consumption did not change with the fluid height and was double for the double-stack configuration. The shear ribs below the impeller were the main contributor to the increased energy loss relative to a non-shear ribbed impeller and the small clearance had no major effect upon the power consumption. For the D/T= 1/3 hyperboloid stirrer the flow in the whole tank was rather gentle, defining a circulation number of 0.57, thus leading to a circulation efficiency more than 7 times lower than that of the hydrofoils.

Abstract

On a étudié l'écoulement moyen et la consommation d'énergie dans des réservoirs agités par des turbines hyper-boloïdes. Le nornbre de Newton suit une loi inversement proportionnelle au nombre de Reynolds au-dessous d'environ 200, ce qui est plus de deux fois supérieures a ce qui est obtenu avec une turbine de Rushton standard. Pour des ecoule-ments a nombre de Reynolds élevé, le nombre de puissance varie entre 0.5 pour une turbine de D/T = 0.78 et 0.95 pour une turbine de D/T= 0.24, comparativement a une valeur de 5 pour l'agitateur Rushton standard, et à des valeurs de 0.31 et 1.58 pour les turbines profilées de chez Chemineer et Prochem. La consommation d'énergie ne change pas avec la hauteur du fluide et est doublée pour la configuration à double turbine. Les ailettes de cisaillement sous la turbine sont le principal facteur contribuant à une plus grande perte d'énergie par rapport a une turbine sans ailettes de cisaillement, et le petit degagement n'a aucun effet majeur sur la consommation d'energie. Pour l'agitateur hyperboloïe de D/T = 1/3, l'écoulement dans l'ensemble du réservoir est pluǒdt modéré, donnant un nombre de circulation de 0.57, ce qui conduit à une efficacité de circulation de plus de 7 fois inférieure à celle des turbines profilées.

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