Direct numerical simulations and modeling of pseudoplastic fluid mixing driven by a perturbed six‐bent‐blade turbine

剪切减薄 叶轮 机械 格子Boltzmann方法 雷诺数 混合(物理) 涡轮机 材料科学 流量(数学) 摄动(天文学) 拉什顿汽轮机 浸入边界法 边值问题 计算流体力学 涡轮机械 流体力学 物理 复杂流体 联轴节(管道) 边界(拓扑) 热力学
作者
Juanjuan Qiao,Tian Liu,Longhao Xiang,Cheng Peng,Songying Chen
出处
期刊:Aiche Journal [Wiley]
卷期号:72 (4)
标识
DOI:10.1002/aic.70189
摘要

ABSTRACT The cavern effect strongly impacts mixing efficiency in pseudoplastic fluids stirred in tanks. Perturbed six‐bent‐blade turbine impellers suppress cavern formation effectively, yet existing models cannot predict cavern size and morphology consistently. To overcome this, we develop a high‐fidelity framework coupling the lattice Boltzmann method with the immersed boundary method, enabling direct numerical simulations of pseudoplastic fluid mixing driven by a rotating perturbed six‐bent‐blade turbine. By varying mass concentration and rotational speed, we identify three distinct flow regimes. Based on these results, we propose an elongated heart‐shaped cavern model that predicts cavern geometry and size across regimes and apparent Reynolds numbers. Incorporating impeller perturbation effects, we further introduce a six‐petal rose model that captures the periodicity of the phase‐averaged flow field, achieving unprecedented accuracy in reproducing cavern morphology. Together, these models provide physical insights and practical tools for optimizing pseudoplastic fluid mixing.

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