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Turbulence in stirred tanks: Anisotropic, approximate, and applied

Authors

  • Suzanne Kresta

    Corresponding author
    1. Department of Chemical and Materials Engineering, University of Alberta, Edmonton, AB, Canada T6G 2G6
    • Department of Chemical and Materials Engineering, University of Alberta, Edmonton, AB, Canada T6G 2G6
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Abstract

Over the last ten years, many ways of characterizing the turbulence in stirred tanks have been proposed, and the importance of the local rate of dissipation of turbulent kinetic energy (ϵ) to various processes has been clarified. In this paper, our understanding of the role of ϵ is examined for the blend time of miscible fluids, for drop break-up, for reactor design, for cell damage in bioreactors, for gas dispersion, for crystallization, and for flocculation and coagulation. The conceptual difficulties inherent in approximate measurements of ϵ are discussed with examples and background theory. Particular attention is paid to the various length and time scales present in the tank, the anisotropic nature of the flow field, and the effect of organized structures on turbulence measurements. Progress in the area over the last ten years is reviewed in the context of these limitations.

Abstract

Au cours des dix dernières années, de nombreuses méthodes pour caractériser la turbulence dans des réservoirs agités ont été proposées et l'importance de la vitesse de dissipation locale de l'énergie cinétique turbulente (ϵ) pour divers procédés a été mise en évidence. Dans cet article, notre compréhension du rǒle de ϵ est examinée relativement à plusieurs aspects: temps de mélange des fluides miscibles, rupture des gouttes, conception des réacteurs, détérioration des cellules dans les bioréacteurs, dispersion du gaz, cristallisation, flocculation et coagulation. Les difficultés conceptuelles inhérentes aux mesures approximatives de ϵ sont examinées à l'aide d'exemples et de principes fondamentaux. Une attention particulière est portée aux diverses échelles de duree et de temps dans le réservoir, à la nature anisotropique du champ d'écoulement et à l'effet des structures organisées sur les mesures de turbulence. Les progrès accomplis dans ce domaine depuis une dizaine d'années sont examinés dans le cadre de ces limites.

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