文獻回顧

文獻回顧分為兩大類，一類是以純實驗量測為主，另外一類是除了量測以外，

還有做數值分析。

1.2.1 以實驗量測為主要內容

YIANNESKIS and POPIOLEK(1987)[2] 利用 LDA(Laser-Doppler Anemometer)法 量測平直葉圓盤渦輪式攪拌器中的流場速度，以及對三種葉片直徑和三種不同間 隙做量測，論文中定義功率數(Power Number)，結果發現在雷諾數到達紊流時（Re

≧40000），功率數會隨著葉片直徑增加，其大小與間隙無關。

WU and PATTERSON(1989)[3] 利用 LDV(Laser-Doppler Velocimeter)法量測有壁

面擋板的平直葉圓盤渦輪式攪拌器中的紊流因子：紊流強度、自相關函數、紊流 尺寸、能量頻譜和紊流能量耗散率。結果發現經由葉片傳輸的能量有 60%消耗在 葉片掃過的區域，剩下 40%消耗在容器其它區域。

JAWORSKI and NIENOW (1991)[4]等，利用 LDA 法量測一個等間距，斜角 45 度，直徑為 1/3 容器直徑長的葉片攪拌器中的平均和擾動紊流速度，採用兩種底 部間隙：1/4 和 1/2 容器直徑，紊流場是局部等向和近乎均值。結果發現流場形 狀和底部間隙有很大的關係，在距離 1/4 底部間隙的高度有一強度較弱的反向渦 流。

LEE and YIANNESKIS(1998)[5] 使用 LDA 法量測一個具有平直葉圓盤渦輪式 攪拌器的攪拌槽，並決定紊流時間和長度的尺寸，結果發現愈靠近葉片，紊流能 量和耗散率就愈高，隨著遠離葉片，能量與耗散率也隨之降低，愈靠近葉片流場 愈沒有等向性。

SCHAFER and YIANNESKIS (1998)[6]等，在等間距斜角 45 度攪拌器中以實驗 量測平均速度和紊流結構，結果發現在每個葉片周圍都有一個單一尾端渦流。

MONTANTE and LEE (1999)[7]等，利用 LDA 法量測一個具有平直葉圓盤渦輪 式攪拌器的攪拌槽，結果發現葉片底部間隙大約為容器直徑的 0.2 倍時，雙循環 的流場結構漸漸過渡到單一循環的流場外型，而且葉片底部間隙大於容器直徑的 0.2 倍以上，以及小於 0.15 倍以下，葉片轉速對於流場外型與無因次化後的平均 速度以及紊流場的影響不大。

AUBIN and MAVROS 等(2001)[8] 使用 LDV 法研究二種軸向攪拌器，單相的 紊流場，分成向上循環和向下循環和反向循環三種，結果發現向下循環易形成單 一循環，容器上方混合程度較差，向上循環則易形成兩個循環，在容器上方形成 第二個循環。

1.2.2 以數值模擬為主要內容

RANADE and BOURNE(1991)[9]用標準 k− 模式模擬紊流流場，所模擬的攪拌ε 槽高度和直徑為直徑 0.3m，攪拌器有 6 片葉片，葉片直徑 0.1m，寬度為 0.03m，

葉片與傾角為 ，槽內有 4 片擋板，其擋板寬度 0.03m，葉片間隙為 0.1m，其 中槽內流場假設為擬似穩態，壁面假設為無滑移壁面，並使用了壁函數，結果所 模擬的速度曲線相當接近實驗數據。

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DONG 等 (1994) [10]，使用標準 k− 模式和壁函數來模擬一個無擋板，八片平ε 板垂直葉片的攪拌器，結果顯示在葉片區域以外都能很準確的模擬，但是在葉片 區域以內計算得結果並不準確。

RANADE and DOMMETI(1996)[11]用高速照相法(Snapshot approach)去模擬外型 高度和直徑為 0.3m，攪拌器有 6 片葉片，葉片直徑 0.1m，寬度為 0.03m，葉片與 傾角為 ，槽內有 4 片擋板，其擋板寬度 0.03m，葉片間隙為 0.1m 的攪拌槽，

其中計算範圍為半個流場的區域，並定義兩個無因次的攪拌數和功率數。

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ARMENANTE(1997)[12]等使用 LDV 法量測和使用 FLUENT 軟體模擬三維速度 場和紊流動能分佈，分別使用 k-ε模式和 ASM(algebraic stress model)模式模擬紊 流場，所模擬的攪拌器的容器直徑和高度皆為 0.293m，是一個六葉，斜角 45 度，

等間距葉片，葉片直徑 0.098m，寬度 0.0196m，底部間隙 0.073m，無擋板，平底，

有蓋，並且分別使用了 450rpm 與 700rpm 轉速去做分析。其中利用量測到葉片掃 過區域上緣和下緣平面的數據當作數值模擬的邊界條件，結果發現使用 ASM 模 式在容器的頂部與底部都比 k− 模式來的好。 ε

DURST (1999)[13]，使用擬似穩態和非穩態模擬一個容器直徑和高度皆為 0.152m，攪拌器為 4 片葉片，葉片直徑 0.5m，寬度 0.1m，中心距底部間隙 0.5m，

角度 ，有 4 片擋板，擋板寬度 0.015m，擋板與容器壁面的間隙為 0.0026m，

雷諾數 Re=7280 的攪拌槽。在葉片區域內使用旋轉座標，在葉片區外使用靜止座 標，非穩態模擬會使用到動態網格，在葉片區和非葉片區的交界面需使用輔助網

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格來達到動態模擬，結果顯示穩態和非穩態模擬結果相距不遠。

胡育昌(2003)[14]參考 RANADE 和 DOMMETI(1996)[10]內所模擬的幾何外型，

並改變葉片與傾角的角度，分別使用了 30°、45°、60°、75°等不同的角度去做分析，

而使用 k− 模式去對流場做模擬，並且對葉片後方渦流情況做討論。其結果說ε 明葉片的角度越大，主流場向外射出的角度越大，二次循環的範圍也加大，因為 葉片的角度變大，使得更多的流體在葉片的旋轉範圍內，而旋轉產的離心力造成 更多的流體往葉片外流動，因而使得向外射出的角度增大。當葉片角度愈大，在 葉片下方所產生的軸向射出的速度也愈強，但當葉片大於某個角度時（大約在

或 ）速度又減小，也就是說在某兩個角度之間，軸向射出

的速度會有一個最大值，且葉片角度愈大，葉片所帶動的圓周方向流動也愈強。

60^o< <α 750 45^o< <α 60⁰