材料特性对行星式离心混合器混合性能影响

针对行星式离心混合器( PCM) 的使用中存在材料特性与混合性能之间关系难以确定的问题，采用计算流体动力学( CFD) 模拟研究了流体黏度与密度对 PCM 混合性能的影响。首先，采用 ICEM CFD 对计算域进行了建模并划分了网格，对网格进行了无关性分析; 然后，采用二阶有限体积法与离散相模型对 PCM 混合不同黏度与密度流体时的质点轨迹、低速区域以及离散粒子分布进行了求解，通过定义的混合指数对混合效果进行了定量表征; 最后，分析了流体黏度与密度对 PCM 混合性能的影响机制。研究结果表明: 流体黏度与密度主要通过影响流场结构使 PCM 的混合效果发生变化; 流体黏度越大对应的最优转速比越大，能达到的最大混合指数值越小; 流体密度越大对应的最优转速比越小，能达到的最大混合指数值越大.

行星式离心混合器( PCM) 是一种能对物料进行高效混合的新型无叶片式搅拌设备。相较于传统混合设备，PCM 利用公转和自转产生的螺旋涡流场实现物料的均匀混合，避免了材料的污染与浪费，因此，被广泛应用于生物制药、电子电路和高分子科学等领域中的液 － 液、固液和粉末 － 粉末混合。

然而，在 PCM 的实际使用中，由于没有根据材料特性来确定混合参数，致使材料的混合效果差，甚至出现分层现象。为改善混合质量，JIＲAWAT I 等人 以均质度为指标，通过实验研究了 PCM 制备磷酸钙水泥过程中，粉末 － 粉末以及固液混合所需的最佳转速范围与混合时间; 但是该研究忽略了转速比对混合效果的影响。MIYAZAKI Y 等人通过设置多组对照实验，研究了PCM 转速值、药物填充量与混合均匀度的关系，得到了最佳混合参数范围; 然而，该实验研究需耗费大量材料，且可调节参数有限，研究人员无法得到混合过程中各点的动力学参数值。

为深入分析 PCM 的混合机理，NACEＲA C 等人通过计 算 流 体 动 力 学 ( computational fluid dynamics，CFD) 模拟研究了 PCM 在雷诺数为 125 条件下混合流体时的流场结构，该研究发现 PCM 内的流场通常是螺旋形的涡流结构，且涡流的大小和形状取决于转速比;然而，该研究只计算了转速比小于 1 时的流场结构，缺乏全面性。YAMAGATA T 等人 通过粒子图像测速法与 CFD 模拟研究了混合参数对 PCM 混合硅油效果的影响，经研究发现，当转速比大于 0． 5 后，流场内低速区域的扩展使得混合效果下降; 然而，由于试验平台的限制，研究者只对低转速情况下的混合效果进行了研究。SON K J 用离散单元法研究了 PCM 工作条件对黏性粉末 Avicel PH 101 混合效果的影响，通过计算不同公转转速下，转速比从 0 ～ 1 时的混合指数与混合时间，得到了最优工作参数; 但是该研究缺少对转速比与混合效果之间影响机理的探讨。

综上所述，现有研究基本都以某一种材料为对象，通过实验或数值仿真得到 PCM 混合该材料的最佳参数，忽略材料特性对 PCM 混合性能的影响。当材料特性发生变化时，研究人员需要进行重复研究得到最优混合参数，从而造成人力物力的耗费。