Une méthode expérimentale d'évaluation globale du pompage d'un agitateur - application au mélangeur Maxblendtm en milieux newtonien et non-newtonien

Une méthode expérimentale permettant l'évaluation du pompage global d'un agitateur et basée sur la technique de décoloration a été développée dans cette étude. Actuellement, les méthodes expérimentales les plus utilisées pour déterminer localement le pompage d'un agitateur sont la vélocimétrie par image de particules (PIV) et la vélocimétrie laser (LDV), méthodes coûteuses et complexes. Cette nouvelle méthode proposée ici est simple d'utilisation, peu coûteuse et peut être utilisée afin de rapidement combler les manques dans la littérature relatifs aux effets de la géométrie de l'agitateur ou de la rhéologie du fluide sur le pompage généré par un système de mélange. Cette méthode a tout d'abord été validée en évaluant le pompage généré par des agitateurs bien documentés dans la littérature. Ces agitateurs sont une turbine Rushton à six pales (RT), une turbine à pales inclinées (PBT) et un hydrofoil à trois pales (HP). Ces agitateurs ont été testés en milieu newtonien. La capacité de pompage du Maxblend™ a par la suite été évaluée en milieu newtonien et non-newtonien, en régime transitoire et turbulent, puis comparée aux précédents agitateurs. Ainsi, si l'on considère la capacité de pompage normalisée par la puissance consommée, l'hydrofoil est l'agitateur le plus performant en turbulence complète (Nq*g = 2,8) grâce à sa faible consommation de puissance, suivit par la turbine à pales inclinées (Nq*g = 0,94), le Maxblend™ (Nq*g = 0,77) et finalement la turbine Rushton (Nq*g = 0,4). Cependant, le mélangeur Maxblend™ génère les meilleurs résultats en termes de temps de mélange sur la gamme complète de nombre de Reynolds testée. Finalement, la rhéologie du fluide ne semble que peu affecter les performances du mélangeur Maxblend™ en termes de temps de mélange et de capacité de pompage en régime transitoire et turbulent. En revanche, pour des nombres de Reynolds inférieur à 10, le Maxblend™ a généré des situations de mélange pathologiques avec le fluide non newtonien. Mots clefs: méthode expérimentale, capacité de pompage global, mélangeur Maxblend™, fluides newtoniens et non-newtoniens.

Abstract

This investigation introduces an experimental method to determine the macro pumping capacity of an impeller in a transparent vessel using a decolorization method, contrary to commonly used experimental methods such as Particle Image Velocimetry (PIV) and Laser Doppler Velocimetry (LDV). This new inexpensive and easy-to-use method can be employed to quickly fill the lack of data available in the literature about geometrical effects on the global pumping efficiency of an impeller. This method was first applied to three well-known mixing systems and a Newtonian fluid to assess its reliability and accuracy: a six blades Rushton turbine (RT), a pitched blade turbine (PBT) with four 45° blades, and a three-blade hydrofoil propeller (HP). The global pumping capacity of the Maxblend™ impeller is then evaluated for both Newtonian and non-Newtonian fluids and compared to the other impellers in the transient to the turbulent regime. As results, considering the global pumping number normalized by the power consumption (Nq*g), the hydrofoil appears to be the most efficient (Nq*g = 2.8) in the fully turbulent regime. However, in terms of mixing time, the Maxblend™ impeller shows the best results over the entire range of Reynolds numbers. Finally, the shear-thinning behavior of the non-Newtonian fluid used does not affect the Maxblend™ impeller pumping and mixing capacity for Reynolds numbers below 80. Keywords: experimental method, global pumping capacity, Maxblend™ impeller, Newtonian, non-Newtonian.