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搅拌器功率计算实用指南（含牛顿/非牛顿流体计算方法）

文档版本：V1.0

适用依据：《搅拌设备》（GB/T37666-2019）、《化工搅拌装置设计规定》（HG/T20569-2013）、《流体搅拌技术》（化工出版社）

适用场景：化工反应釜、食品混合罐、制药溶解罐等搅拌设备的功率核算、电机选型、能耗优化

核心对象：桨式、涡轮式、推进式、锚式等主流搅拌器，覆盖牛顿流体（如水、乙醇）与非牛顿流体（如涂料、浆料）

编制日期：2025年10月26日

一、搅拌器功率基础认知

1.1什么是搅拌器功率？

搅拌器功率是指搅拌轴驱动搅拌桨克服流体阻力、实现物料混合所需的机械功率，包含“有效功率”（用于流体运动的功率）与“附加功率”（克服机械摩擦、密封阻力的功率），工程计算中通常先算有效功率，再结合效率系数得到电机所需功率。

1.2影响搅拌器功率的6大核心因素

影响因素

具体参数

对功率的影响规律

示例

1.搅拌器特性

类型（桨式/涡轮式）、直径D（m）、叶片数Z、转速n（r/min）

功率与D?、n3成正比；涡轮式功率＞桨式（相同D、n下）

直径1m的涡轮式搅拌器，转速从100r/min提至200r/min，功率增至8倍

2.介质特性

密度ρ（kg/m3）、黏度μ（Pa?s）

功率与ρ成正比；黏度增大时，低雷诺数下功率显著上升

密度1200kg/m3的液体比1000kg/m3的功率高20%

3.搅拌槽参数

槽径T（m）、液位高度H（m）、挡板数量/宽度

槽径增大（T/D不变）时功率上升；无挡板时功率比有挡板低30%-50%

槽径2m（D=0.67m，T/D=3）比槽径1.5m（D=0.5m）功率高约2.4倍

4.操作条件

搅拌目的（混合/溶解/反应）、温度/压力

高温下黏度降低，功率下降；高压对功率影响小（忽略密度微小变化）

20℃水的黏度1mPa?s，80℃时降至0.35mPa?s，功率降至约35%

5.流动状态

雷诺数Re（判断层流/过渡流/湍流）

层流（Re＜10）：功率与μ成正比；湍流（Re＞10?）：功率与μ无关

高黏度浆料（μ=1000mPa?s）呈层流，功率随黏度升高快速增加

6.附加装置

导流筒、内构件（如换热盘管）

导流筒使功率增加10%-20%；盘管增加流体阻力，功率上升5%-15%

带导流筒的推进式搅拌器，功率比无导流筒时高15%

二、核心计算模型（分流体类型）

2.1牛顿流体搅拌功率计算（主流方法：功率准数法）

牛顿流体（黏度不随剪切速率变化，如水、乙醇、稀溶液）的功率计算以功率准数Np与雷诺数Re的关联式为核心，适用于桨式、涡轮式、推进式搅拌器，步骤如下：

2.1.1关键定义与公式

雷诺数Re（判断流动状态）：

Re=(ρ×n×D2)/μ

（单位说明：ρ=kg/m3，n=r/s，D=m，μ=Pa?s；Re无单位）

层流：Re＜10（高黏度流体，如糖浆）；

过渡流：10≤Re≤10?（中黏度流体，如润滑油）；

湍流：Re＞10?（低黏度流体，如水）。

功率准数Np（无量纲数，与搅拌器类型相关）：

Np=(P)/(ρ×n3×D?)

（P=有效功率，单位W；Np需通过实验曲线或经验公式查得）

有效功率P（搅拌流体所需功率）：

由Np公式变形得：P=Np×ρ×n3×D?

电机所需功率P电机（含机械效率）：

P电机=P/η

（η=机械效率，搅拌轴传动效率通常取0.85-0.95，带减速箱时取0.75-0.85）

2.1.2不同搅拌器的Np-Re关联式（工程常用）

搅拌器类型

适用Re范围

功率准数Np关联式

备注（挡板/无挡板）

桨式（平直叶）

Re＞10?（湍流）

Np=6.3（有挡板）；Np=0.3（无挡板）

叶片数Z=4，T/D=3（槽径/搅拌器直径）

涡轮式（圆盘平直叶）

Re＞103（过渡流-湍流）

Np=10.0（Re＞10?，有挡板）；Np=8.0（103≤Re≤10?，有挡板）

Z=6，T/D=3，叶片宽度b=0.2D

推进式（3叶）

Re＞103（过渡流-湍流）

Np=0.35（Re＞10?，有导流筒）；Np=0.25（Re＞10?，无导流筒）

螺距S=D（标准型）

2.1.3计算步骤示例（以涡轮式搅拌器搅拌水为例）

已知条件：

介质：20℃水（ρ=1000kg/m3，μ=1.002×10?3Pa?s）；

搅拌器：涡轮式（Z=6，D=0.5m），转速n=120r/min（=2r/s）；

搅拌槽：T=