Operational Characteristics of a New Energy-saving Impeller for Gas-Liquid Mixing

Authors


Abstract

The fluid dynamic and mixing characteristics of a new hydrofoil impeller (termed Narcissus) for gas-liquid mixing are reported. This impeller provides significant energy-savings in bioreactor applications. Dye-tracer visualization and CFD simulation have been used to uncover the prevailing flow patterns and the impeller liquid flow map is identified. Flow regime boundaries are shifted from those for disc-style turbines. A mixing time corresponding to the turbulent mixing regime (i.e., Re > 104) is determined. The power characteristics are measured and compared with experimental data obtained for other impellers. The power number for the turbulent mixing regime for both cylindrical and square vessels was as low as 1. The aeration power at moderate Froude numbers (i.e., Fr < 1) decreased typically by only between 10 and 30%, confirming good gas-handling capabilities for the new geometry. The gas hold-up at a given power input was greater than for flat-blade disc-style turbines.

Abstract

Les caractéristiques d'écoulement et de mélange en milieu gaz-liquide d'une nouvelle turbine à pales profilées (appelée Narcissus) sont présentées. Une telle turbine permet une économie d'énergie importante dans les applications de bioréacteurs. On a eu recours à la visualisation par traceurs colorés et à la simulation numérique pour déterminer les profils d'écoulement. La carte d'écoulement de la turbine a été obtenue. Les limites des régimes d'écoulement sont modifiées par rapport à ceux des turbines de type disque. Le temps de mélange correspondant au régime de mélange turbulent (soit Re > 104) est déterminé. Les caractéristiques de puissance sont mesurées puis comparées aux données expérimentales obtenues pour d'autres turbines. Le nombre de puissance pour le régime de mélange turbulent pour des réservoirs cylindrique et carré est aussi bas que 1. La puissance d'aération à des nombres de Froude modérés (soit Fr < 1) diminue typiquement de seulement 10 à 30 % confirmant ainsi les bonnes caractéristiques de cette nouvelle géométrie pour les milieux aérés. La rétention de gaz à consommation de puissance donnée est plus grande que pour les turbines de type disques à pales verticales.

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