叶轮系统中蒸汽滞留系数与功耗关系曲线。随沸腾和蒸汽生成率增加，蒸汽滞留系数增大。从图中可看出蒸汽截留系数几乎与叶轮形式无关。尽管随着功耗增大或叶轮速度变大，蒸汽滞留系数也不断增大，但较大功耗对应着较大滞留系数。在气体分布搅拌罐中，功耗增加致使大气泡破裂形成小气泡从而增加蒸汽滞留系数。在沸腾搅拌罐中，当叶轮速度很高时，大量蒸汽气泡在顶部叶轮附近生成而不是电加热器。在电加热器附近蒸汽气泡数量非常少。相当多蒸汽液泡从顶部叶轮附近上升到液面，在液面短暂停留。观察到现象与由Gao等()。衡量蒸汽气泡在沸腾搅拌罐中分布情况一致。在较高叶轮速度下，随着蒸汽压力P增加，结核位置从电加热器变到顶部叶轮，其抑制蒸汽滞留量增加。如图所示，蒸汽滞留量随蒸汽生成率增加而增加。然而，对于PDT和CD叶轮系统来说，蒸汽滞留量彼此非常接近；但对于DT叶轮系统却有上升比起前两个系统。FigueiredoCalderbank计(ThermoRecorderTR-,T&DCo.,Japan)测量液体表面温度，而叶轮和电加热器温度在每变动.K是就测量一次。在每十分钟测个温度值。将热电偶连接在便于携带数据采集器用来测量搅拌罐中液相。在轴和旋转叶轮上安装小数据记录器。已经证明数据记录器旋转不影响温度测量。电热偶通过空心搅拌轴接近各叶轮一个叶片来测量液体温度，这种测量液体温度方法非常接近叶轮附近真实温度。术语a,b,c安托万方程系数CN公式（）定义空化数CN*公式（）定义修正后空化数D叶轮直径Fr弗劳徳数=ND/gg重力加速度（m/s）N叶轮速度（s-）NHe蒸汽停止从电加热器生成时叶轮速度（s-）NIm蒸汽开始从顶部叶轮生成时叶轮速度（s-）P功耗（W）P蒸汽压力（Pa）Q单位体积蒸汽流率（m/s）S自由水面中浸入量（m）T温度（K）Ug表面蒸汽或气体速度（m/s）v特征速度（m/s）希腊字母g蒸汽或气体滞留系数密度（kg/m）表面张力（N/m）B绝大部分L局部O靠近电加热器温度测量值为.K结果和讨论.功耗搅拌罐中，功耗是混合过程不可分割重要量。如图所示：不同叶轮速度和表面蒸汽速度在对应功耗。如图a所示在沸腾搅拌罐中功耗是单调递增。DT形式叶轮系统功耗比PDT形式和CD形式叶轮系统大得多，原因是DT系统拥有较大叶片面积。随着叶轮速度增大，蒸汽压力P越来越大，PDT叶轮系统和CD叶轮系统功耗非常接近，虽然PDT叶轮系统有四个叶片而CD叶轮系统有六个叶片。从图b看出：功耗比率P/P随着Ug增加而降低。单相系统功耗P，在温度为.K时（就是没有观察到结核现象时）功耗。在搅拌罐中存在蒸汽气泡将减少叶轮功耗，由于较纯液体来言气液混合物密度要小。对于没有煮沸或没有蒸汽DT涡轮和斜叶圆盘涡轮式搅拌器，功耗将减少到原来。当液体表面蒸汽速度从.m/s变到.m/s时，功耗，Ｐ（Ｗ）叶轮速度，Ｎ（Ｓ-）图-在沸腾搅拌罐中双叶轮系统功耗（a）不同叶轮形式叶轮在Ug=.ms-；(b)不同叶轮形式功耗减少量DT叶轮系统功耗比率从.降到.。另一方面，对于斜叶圆盘涡轮式搅拌器，功耗比率P/P随着沸腾过程进行也有.降低，但与Ug大小无关。机械功耗也会因叶轮叶片背面生成蒸汽形成真空腔而降低(MiddletonSmith,)。在较高叶轮速度下，蒸汽集结现象主要发生在叶轮附近，在较低叶轮速度下，蒸汽集结现象主要发生在电加热器附近，正如我们先前结果(Dohi等,)。由于叶轮旋转叶轮叶片背面形成一个低压区，叶轮或电加热器附近生成蒸汽积累起来，在叶轮叶片背后形成真空腔(MiddletonSmith,)，这导致机械功耗降低。从图b看出，对弯叶圆盘涡轮式叶轮系统功耗降低量随蒸汽生成量P变化很少，这可能是因为在叶片背面缺少漩涡。这个弯叶配置减少了叶片背面流动分离和真空腔形成(SmithKatsanevakis，)。在这项研究中，蒸汽生成率改变直接影响该区域Ug。这个结果与我们以前结论一致(Ug>.m/s)。(Dohi等,)。我们先给出关于斜叶圆盘涡轮式搅拌器（三叶轮系统）关于功耗比率公式(D=.m)(Dohi等,):.)(.NDSppg()这个关联式基于图表，由SmithKatsanevakis()通过综合在较高蒸汽流量(Ug>.m/s)功耗比率（此区域功耗比率与Ug无关）。从图b看出：对于双PDT沸腾系统来说，公式()预示功耗比率P/P实际数据要小一点。在图b中（仅供参考），沸腾系统现有数据与公式()用于六叶圆盘涡轮式叶轮搅拌器沸腾系统计算结果相比较，得出以下改进公式HassanRobinson()...gNDQDNPP()对于双DT叶轮系统来说，这个预示表明更大功耗减少比起目前实验数据。正如下面所说：从沸腾系统中生成蒸汽气泡比从分布器中形成气泡要多得多，因此蒸汽滞留量比分布系统要少。然而，从安置在搅拌罐底部分布器中产生气泡被搅拌非常均匀，均布在整个搅拌罐内。在沸腾系统中，有如下描述：蒸汽气泡主要在顶部叶轮附近而不是安置在搅拌罐底部电加热器。在较高叶轮速度下，大量蒸汽气泡在顶部叶轮附近分布，而很少蒸汽液泡分布在底部叶轮。因此，公式()对于气体分布系统计算结果比起双DT叶轮系统实验数据要低。三叶轮系统功耗是双叶轮系统功耗/倍。.蒸汽滞留系数研究气体分散现象需要高效率、设计合理沸腾搅拌罐。在图中可看到双叶轮系统中蒸汽滞留系数与功耗关系曲线。随沸腾和蒸汽生成率增加，蒸汽滞留系数增大。从图中可看出蒸汽截留系数几乎与叶轮形式无关。尽管随着功耗增大或叶轮速度变大，蒸汽滞留系数也不断增大，但较大功耗对应着较大滞留系数。在气体分布搅拌罐中，功耗增加致使大气泡破裂形成小气泡从而增加蒸汽滞留系数。在沸腾搅拌罐中，当叶轮速度很高时，大量蒸汽气泡在顶部叶轮附近生成而不是电加热器。在电加热器附近蒸汽气泡数量非常少。相当多蒸汽液泡从顶部叶轮附近上升到液面，在液面短暂停留。观察到现象与由Gao等()。衡量蒸汽气泡在沸腾搅拌罐中分布情况一致。在较高叶轮速度下，随着蒸汽压力P增加，结核位置从电加热器变到顶部叶轮，其抑制蒸汽滞留量增加。如图所示，蒸汽滞留量随蒸汽生成率增加而增加。然而，对于PDT和CD叶轮系统来说，蒸汽滞留量彼此非常接近；但对于DT叶轮系统却有上升比起前两个系统。FigueiredoCalderbank位体积动能之比。低压区是液体加速通过叶轮叶片形成(MiddletonSmith,)。叶片移动越快，其周围压力越低。当压力达到蒸汽压时，液体蒸发形成蒸汽泡。需要指出：局部过热时，生成蒸汽猛从液体中窜出。空化定义是：一个区域流动液体形成蒸汽泡，此处压力低于其蒸汽压。我们修改空化数来考虑在较高叶轮旋转速度下，蒸汽在叶轮附近生成而不是电加热器附近，如下：)(Pr*DNPCNL()Pr是叶轮速度N=，电加热器附近液体对应蒸汽压，说明蒸汽压在电加热器结核点。在叶轮速度N=时，我们选择靠近电加热器蒸汽压作为参考压力因为在任何混合情况下起初发生结核位置都是在电加热器。换句话说，靠近电加热器温度下对应蒸汽压是没有叶轮速度电加热器附近结核间接参数或结核位置相应最大蒸汽压。叶轮附近液体温度对应蒸汽压P是其背面结核位置特征蒸汽压。由于蒸汽压减少程度取决于动能头(πDN)/(Saravanan等,)，公式中分母对沸腾搅拌罐中空化现象是合理。液体温度,T/K叶轮速度，N(s-)（b）叶轮形式影响(Ug=.m/s)图-不同叶轮速度时相应位置液体温度(双叶轮系统)：（a）沸腾率影响（双DT叶轮系统）（b）叶轮形式影响(Ug=.m/s)DT(顶部叶轮)DT(电加热器)PDT(顶部叶轮)PDT(电加热器)CD(顶部叶轮)CD(电加热器)液体温度,T/K叶轮速度，N(s-)(a)沸腾率影响（双DT叶轮系统）DT(顶部叶轮)DT(电加热器)PDT(顶部叶轮)PDT(电加热器)CD(顶部叶轮)CD(电加热器)如图所示实验，修改后空化数适用于所有叶轮配置，如下：.*.FrCN()其中Fr=ND/g。公式适用于双和三叶轮系统三种不同叶轮形式。上式表明：没有叶轮搅拌时，电加热器附近蒸汽压(Pr)和叶轮叶片背后蒸汽压(P)之差正比于N.。修正后空化数,CN*(-)弗劳徳数,Fr(-)(a)双叶轮系统靠近顶部叶轮CN*DTUg=.m/sDTUg=.m/sDTUg=.m/sPDTUg=.m/sCDUg=.m/sDT（顶部叶轮）DT（中间叶轮）PDT（顶部叶轮）PDT（中间叶轮）CD（顶部叶轮）CD（中间叶轮）修正后空化数,CN*(-)弗劳徳数,Fr(-)(b)CN*三叶轮系统中靠近叶轮空化修正数（不同叶轮形式）(Us=.ms-)图-空化修正数CN*与弗劳徳数,Fr(-)关系（a）双叶轮系统靠近顶部叶轮CN*；(b)CN*三叶轮系统中靠近叶轮空化修正数（不同叶轮形式）(Us=.ms-)三叶轮系统不同叶轮形式靠近叶轮空化修正数结论在较高叶轮速度下，带电加热器沸腾搅拌罐中蒸汽主要从叶轮叶片附近生成。相当多气泡在叶轮叶片背面生成而且主要在顶部叶轮而不是底部叶轮或电加热器。机械功耗减少由于生成气泡。叶轮速度提高导致大气泡破裂在生成小气泡，从而引起蒸汽滞留。在较高叶轮速度下，大量蒸汽从顶部叶轮生成，气泡上升到液面做短暂停留。随着叶轮速度增大将抑制气体滞留量增大。我们检测沸腾系统中电加热器附近、叶轮叶片附近、自由液面液体温度。随着叶轮速度增大液体温度不断下降。当叶片背面形成低压区，结核位置从电加热器变到叶轮附近：沸腾温度和液体温度随叶轮速度升高而降低。我们检测蒸汽停止从电加热器生成时和蒸汽开始从顶部叶轮生成时叶轮速度。结果表明：在蒸汽停止从电加热器附近生成时，沸腾率随叶轮速度增加；但蒸汽开始在顶部叶轮附近生成时，叶轮速度变大与沸腾率和叶轮形式无关。叶轮叶片附近液体温度是搅拌罐中蒸汽生成因素之一：其相应蒸汽压对应液相混合强度。关于空化数相应量纲可统一关于双和三叶轮系统对应三种不同叶轮形式数据。在没有叶轮搅拌时，靠近电加热器蒸汽压力和蒸汽生成区蒸汽压力之差正比于N.。目前结果为搅拌罐中沸腾过程理解提供了重要信息。然而，所有测量是在实验室中模拟小搅拌罐。此外，本研究中研究叶轮有三种不同形式：平直叶圆盘涡轮式，斜叶圆盘涡轮式，弯叶圆盘涡轮式，它们尺寸类似。因此，使用大型搅拌罐和不同尺寸叶轮来进行深入研究是必要。我们还得研究人工加热和放热反应体系差异。参考文献（见原文）计(ThermoRecorderT-,T&DCo.,Japan)测量液体表面温度，而叶轮和电加热器温度在每变动.K是就测量一次。在每十分钟测个温度值。将热电偶连接在便于携带数据采集器用来测量搅拌罐中液相。在轴和旋转叶轮上安装小数据记录器。已经证明数据记录器旋转不影响温度测量。电热偶通过空心搅拌轴接近各叶轮一个叶片来测量液体温度，这种测量液体温度方法非常接近叶轮附近真实温度。术语a,b,c安托万方程系数CN公式（）定义空化数CN*公式（）定义修正后空化数D叶轮直径Fr弗劳徳数=ND/gg重力加速度（m/s）N叶轮速度（s-）NHe蒸汽停止从电加热器生成时叶轮速度（s-）NIm蒸汽开始从顶部叶轮生成时叶轮速度（s-）P功耗（W）P蒸汽压力（Pa）Q单位体积蒸汽流率（m/s）S自由水面中浸入量（m）T温度（K）Ug表面蒸汽或气体速度（m/s）v特征速度中文字附件：外文资料翻译译文沸腾搅拌罐中叶轮附近蒸汽生成量R.Fukuda,M.Tokumura,H.T.Znad,Y.Kawase∗ResearchCentreofBiochemicalEnvironmentalEngineering,DepartmentofAppliedChemistry,ToyoUniversity,Kawagoe,Saitama-,Japan摘要用筒体内径为.米搅拌罐和功率千瓦电加热器还有多个叶轮系统来研究沸腾搅拌罐蒸汽生成量。在双叶轮系统（有两个叶轮）和三叶轮系统（有三个叶轮）中，分别用平直叶圆盘涡轮式，斜叶圆盘涡轮式，弯叶圆盘涡轮式叶轮。由于在表面蒸汽流率增加，功耗降低。伴着功耗增加或叶轮速度加快，沸腾系统中蒸汽滞留量增加，但是其滞留量比起冷气体水力旋流系统要小得多。在较低叶轮速度下，蒸汽在电加热器附近生成。随着叶轮速度提高，相当多气泡在叶轮叶片背后生成，而且比起底部叶轮和电加热器，大多数蒸汽生成于顶部叶轮。为了研究结核位置改变，叶轮速度在哪个范围段蒸汽停止从电加热器中生成，叶轮速度在哪个范围阶段蒸汽从顶部叶轮生成，即NHe和NIm需检测。尽管NIm几乎与蒸汽生成率和叶轮形式无关，但NHe随蒸汽生成率提高而猛增。我们检测电加热器附近液体温度，叶轮叶片附近温度和自由表面附近温度。随着叶轮速度提高，这几个测温点温度也降低了。当没有叶轮搅拌时，靠近加热器蒸汽压力(Pr)同蒸汽生成区蒸汽压力(Po)联系，即前者与后者之差正比于叶轮速度.次方)N)(Pr(.Po。关键词：煮沸；搅拌罐；局部液体温度；结核点引言在搅拌反应罐中发生许多化学反应都伴随着蒸汽巨变(如Zhao等,；Smith,)。在沸腾反应器中，反应热经常被忽略由于反应中夹杂着蒸汽缩合。然而很多现象在煮沸过搅拌釜反应器是不适用。在沸腾搅拌釜反应罐中出现现象和在冷气体分散搅拌罐出现现象区别非常大(Smith,)。Smith等(Smith和Katsanevakis,；Smith和Millington,；Smith等,)和我们团队(Dohi等,；Dohi等,；Takahashi等,)已经研究在搅拌釜反应器中夹带沸腾液体了。在沸腾搅拌反应罐中功耗、蒸汽滞留时间、反混时间和固体悬浮已经经过检测。尽管目前全反混和气固分散体现象同时出现在沸腾搅拌釜反应罐中相当容易被接受，但局部现象与全返混现象不能完全被荐定。在较低叶轮速度下，蒸汽主要出现在电加热器表面。在过热条件下，非均相结核发生在电加热器附近。然而在较高叶轮速度下，绝大多数气泡在叶轮叶片背后生成而不是在电加热器附近。叶轮速度改变，结核位置改变；而结核位置又是影响沸腾搅拌釜反应罐中流体力学关键。在沸腾搅拌釜反应罐中，来自叶轮叶片背面蒸汽生成量有可能被反应罐中局部流体温度和蒸汽压力限制。Gao等.(),Smith等()和Bao等()探讨了不同液体温度下，气体扩散、固体悬浮三相共存于搅拌反应罐。在我们知识范围内，很少出版作品适用于有蒸汽生成机理（如沸腾搅拌罐中）。沸腾搅拌罐中液体温度已经在公开文献中公布。这些文献已提供定量信息关于结核位置附近液体温度。然而，在沸腾搅拌釜反应罐中结核领域研究是必不可少。本研究目是检验沸腾系统中蒸汽生成量。我们检测搅拌罐中液体温度和结核位置改变。目前结果将对改善煮沸过搅拌釜中结核领域理解产生重大影响。实验实验设备如图，所有试验在内径为.m有机玻璃中进行。搅拌罐工作体积为.L。搅拌罐中装四块挡板，挡板宽度为搅拌罐直径/。搅拌罐底部封头空心轴数据记录器机械密封四块挡板热电偶KW电加热器图-实验装置（双ＰＤＴ叶轮系统）为蝶形封头。搅拌罐顶部封头是不锈钢板制成平盖，搅拌罐与平盖之间用绝缘玻璃棉垫片来观察结核位置。为观察结核现象而留一个小狭长缝隙但不影响沸腾搅拌釜反应罐中温度分布。靠近顶部不锈钢金属板搅拌轴用机械密封。在搅拌罐顶部装三个冷凝器为了浓缩沸腾蒸汽。在搅拌罐底部安装一个额定功率为KW环状电加热器。环状电加热器直径为.m。多叶轮配置：由（六叶）平直叶圆盘涡轮式(Rushtonturbine；DT)，其直径为.m（叶片高度为.m，叶片宽度为.m，圆盘直径为.m）,（四叶）斜叶圆盘涡轮式(PDT)，其直径为.m（叶片高为.m，宽度为.m，圆盘直径为.m）或（六叶）弯叶圆盘涡轮式（CD），其直径为.m（叶片高为.m，宽度为.m，圆盘直径为.m）。底部叶轮安置在距离封头曲面和直边过渡点上方.m，其距顶部冷凝器很近。对于双叶轮系统，叶轮与叶轮之间距离为.m，顶部叶轮于水面之间距离为.m。用一变频驱动器将叶轮速度由调到.s-。蒸汽生成率或沸腾率Q随电加热器电流改变而从.变到mls-。因此，表面蒸汽速度Ug(=Q/(πD/))控制在.到.ms-。液相用自来水。蒸汽生成率用浓缩蒸汽量来衡量与叶轮速度无关。用扭矩计测量功耗(Three-OneMotorRX,ShinntoSci.Co,Japan)。分散蒸汽凝结量用简单液位计测量(Dohi等,；Bao等,)。蒸汽停止从电加热器生成时叶轮速度NHe，蒸汽开始从顶部叶轮生成时叶轮速度NIm，都是通过观察视频图像。一个数字CCD摄像机(DCR-PC,SonyCo.,Japan)用来记录沸腾搅拌罐图像。用温度计(ThermoRecorderTR-,T&DCo.,Japan)测量液体表面温度，而叶轮和电加热器温度在每变动.K是就测量一次。在每十分钟测个温度值。将热电偶连接在便于携带数据采集器用来测量搅拌罐中液相。在轴和旋转叶轮上安装小数据记录器。已经证明数据记录器旋转不影响温度测量。电热偶通过空心搅拌轴接近各叶轮一个叶片来测量液体温度，这种测量液体温度方法非常接近叶轮附近真实温度。术语a,b,c安托万方程系数CN公式（）定义空化数CN*公式（）定义修正后空化数D叶轮直径Fr弗劳徳数=ND/gg重力加速度（m/s）N叶轮速度（s-）NHe蒸汽停止从电加热器生成时叶轮速度（s-）NIm蒸汽开始从顶部叶轮生成时叶轮速度（s-）P功耗（W）P蒸汽压力（Pa）Q单位体积蒸汽流率（m/s）S自由水面中浸入量（m）T温度（K）Ug表面蒸汽或气体速度（m/s）v特征速度（m/s）希腊字母g蒸汽或气体滞留系数密度（kg/m）表面张力（N/m）B绝大部分L局部O靠近电加热器温度测量值为.K结果和讨论.功耗搅拌罐中，功耗是混合过程不可分割重要量。如图所示：不同叶轮速度和表面蒸汽速度在对应功耗。如图a所示在沸腾搅拌罐中功耗是单调递增。DT形式叶轮系统功耗比PDT形式和CD形式叶轮系统大得多，原因是DT系统拥有较大叶片面积。随着叶轮速度增大，蒸汽压力P越来越大，PDT叶轮系统和CD叶轮系统功耗非常接近，虽然PDT叶轮系统有四个叶片而CD叶轮系统有六个叶片。从图b看出：功耗比率P/P随着Ug增加而降低。单相系统功耗P，在温度为.K时（就是没有观察到结核现象时）功耗。在搅拌罐中存在蒸汽气泡将减少叶轮功耗，由于较纯液体来言气液混合物密度要小。对于没有煮沸或没有蒸汽DT涡轮和斜叶圆盘涡轮式搅拌器，功耗将减少到原来。当液体表面蒸汽速度从.m/s变到.m/s时，功耗，Ｐ（Ｗ）叶轮速度，Ｎ（Ｓ-）图-在沸腾搅拌罐中双叶轮系统功耗（a）不同叶轮形式叶轮在Ug=.ms-；(b)不同叶轮形式功耗减少量DT叶轮系统功耗比率从.降到.。另一方面，对于斜叶圆盘涡轮式搅拌器，功耗比率P/P随着沸腾过程进行也有.降低，但与Ug大小无关。机械功耗也会因叶轮叶片背面生成蒸汽形成真空腔而降低(MiddletonSmith,)。在较高叶轮速度下，蒸汽集结现象主要发生在叶轮附近，在较低叶轮速度下，蒸汽集结现象主要发生在电加热器附近，正如我们先前结果(Dohi等,)。由于叶轮旋转叶轮叶片背面形成一个低压区，叶轮或电加热器附近生成蒸汽积累起来，在叶轮叶片背后形成真空腔(MiddletonSmith,)，这导致机械功耗降低。从图b看出，对弯叶圆盘涡轮式叶轮系统功耗降低量随蒸汽生成量P变化很少，这可能是因为在叶片背面缺少漩涡。这个弯叶配置减少了叶片背面流动分离和真空腔形成(SmithKatsanevakis，)。在这项研究中，蒸汽生成率改变直接影响该区域Ug。这个结果与我们以前结论一致(Ug>.m/s)。(Dohi等,)。我们先给出关于斜叶圆盘涡轮式搅拌器（三叶轮系统）关于功耗比率公式(D=.m)(Dohi等,):.)(.NDSppg()这个关联式基于图表，由SmithKatsanevakis()通过综合在较高蒸汽流量(Ug>.m/s)功耗比率（此区域功耗比率与Ug无关）。从图b看出：对于双PDT沸腾系统来说，公式()预示功耗比率P/P实际数据要小一点。在图b中（仅供参考），沸腾系统现有数据与公式()用于六叶圆盘涡轮式叶轮搅拌器沸腾系统计算结果相比较，得出以下改进公式HassanRobinson()...gNDQDNPP()对于双DT叶轮系统来说，这个预示表明        中文7100字附件1：外文资料翻译译文沸腾的搅拌罐中叶轮附近的蒸汽生成量R.Fukuda,M.Tokumura,H.T.Znad,Y.Kawase∗ResearchCentreofBiochemicalEnvironmentalEngineering,DepartmentofAppliedChemistry,ToyoUniversity,Kawagoe,Saitama350-8585,Japan摘要用筒体内径为0.2米的搅拌罐和功率3千瓦的电加热器还有多个叶轮的系统来研究沸腾的搅拌罐的蒸汽生成量。
        在双叶轮系统（有两个叶轮）和三叶轮系统（有三个叶轮）中，分别用平直叶圆盘涡轮式，斜叶圆盘涡轮式

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