搅拌槽内多层组合桨流场的分离涡模拟(5)
1.3.3 激光多普勒测速
LDV即激光多普勒技术即利用光学多普勒效应对流体速度进行测量的测速技术，由于是对光信号进行测量，是一种无接触测量，所以对待测系统无干扰而且可用于高温、强腐蚀流体、有毒气体等的流速测量，同时具有动态响应快、空间分辨率高、测量范围大等优点。
1.3.4 粒子图像测速
为了研究时变流动，必须采用更先进的粒子成像测速PIV，可在瞬时得到整个流场分布。其原理是搅拌槽由一狭缝激光束照射，用两个脉冲激发光源，得到粒子场的两次曝光图像，接着从曝光时间内粒子的位移计算出速度场。但PIV 的技术开发仍未完善，尚处于应用初期，目前还不能很好地测量高速湍流下的湍流参数。
近年来常规2-DPIV技术已经日渐成熟，但实际的流动问题多是复杂的三文湍流流动，这就要求运用3-DPIV技术对流场示踪粒子进行更精准的三文测量，以揭示流场内部复杂的三文结构流动机理。3-DPIV流场照明光源方式可分为片光源高速扫描和体积光照明两种，主要是通过匹配粒子的三文空间位移来获得粒子的三文速度矢量。
赵静[24]等人采用粒子图像测速技术（PIV），对直径为0.19m的三层组合桨(HEDT
+2WH)搅拌槽(直径为0.48m)内的流场进行了实验研究。实验结果表明：通过改变层间距、顶层桨的浸没深度及上两层桨的操作方式可以得到4种不同流型，每种流型内循环结构的数目各不相同；上两层桨下压式操作时，流场的循环结构最少，只有两个；高速区和高能量区的分布相同，都位于各个桨叶的射流区内，且底桨射流区内的速度值和湍流动能值都大于上两层桨。
1.4 搅拌槽流场的数值模拟
利用实验手段测量搅拌槽内的流场需要较大的花费，并且具有一定的局限性。CFD技术的发展使得利用数值模拟的方法获得局部信息成为现实。利用CFD方法可以节省大量的研究经费，而且可以获得实验手段所不能得到的数据。
CFD软件可以相对准确地给出流体流动的时变特性，如速度场、压力场、温度场、浓度场等，因而不仅可以准确地预测搅拌器的整体性能，而且很容易从流体的分析中发现产品或工程设计中的问题，减少未预料到的负面影响，这样大大减少了产品设计或优化对实验的依赖性，能够显著缩短设计周期，降低费用[16]。fluent是目前功能最全面、适用性最广、使用范围最广的CFD软件之一，它被广泛应用于航天航空、石油化工、汽车和医药等领域。
1.4.1 模拟方法
搅拌槽内的流动满足质量守恒定律，动量守恒定律和能量守恒定律，表述这些定律的方程分别称为连续性方程、N-S方程和能量守恒方程。在进行搅拌槽内湍流流动特性的数值模拟时，常用的方法有雷诺时均法(ReynoldsAveraged Navier-Stokes，RANS)、直接数值模拟法(Direct Numerical Simulation，DNS)、大涡模拟法(Large Eddy Simulation，LES)和分离涡模拟法（Detached Eddy Simulation，DES）。
(1) 雷诺时均法
RANS法从脉动性入手，对湍流物理量进行时均处理，将脉动量分离出来，把湍流看作时间时均流动和瞬时脉动的叠加，即[3]：
将物理量分离以后，可得到如下形式的控制方程：
其中的 称为Reynoids应力，记为：
Reynoids应力反映了速度脉动对流动的影响，为求解Reynoids应力，根据Boussines提出的涡黏假定，可引入湍动黏度（或称涡黏系数） ，将Reynoids应力表示为 的函数，即：
计算湍流流动的关键就在于如何确定 ，根据确定的微分方程的数目，常用的涡黏模型包括零方程模型、一方程模型和两方程模型，其中以 两方程模型应用的最为广泛，其表达式为：
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