從外形上看，潛水攪拌器的葉輪和水泵以及船舶的螺旋槳很是相似，那是因為潛水攪拌器槳葉（葉輪）的設(shè)計確實是參考了水泵葉輪和船舶的螺旋槳運行原理，那么是否說明潛水攪拌器在運行時的流場特點和它們是一樣的呢？答案是否定的，因為潛水攪拌器的運行環(huán)境與水泵和螺旋槳的工作環(huán)境是*不同的。水泵內(nèi)液體被泵腔控制，沿著管路和葉片流道流動；螺旋槳則安裝在船底，在江河大海里運行，隨著船體移動的，河海面積寬廣，除了水面并無其他邊界的束縛。而潛水攪拌器安裝在水池里，自身不移動，同時受到水池池壁邊界的控制，這個邊界比起泵腔管路要大得多，但比起河海的岸堤要小得多。所以潛水攪拌器運行時，其所在水池內(nèi)液體流態(tài)與水泵和螺旋槳具有很多的不同特性。本文將著重分析潛水攪拌器的射流特點。

*，潛水攪拌器的葉輪以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，液體從葉輪出口高速射入水池內(nèi)其他液體，屬于射流。這種射流不僅具有軸向速度和徑向速度，還具有一定的切向速度（旋轉(zhuǎn)速度）。旋轉(zhuǎn)速度使徑向、軸向產(chǎn)生壓力梯度并影響到整個流場，因此射流也稱為旋動射流。旋動射流是自由射流加旋轉(zhuǎn)的一種復(fù)合流動，其流動情形較為復(fù)雜，大多處于湍流狀態(tài)。旋動射流射出后，在周圍環(huán)境液體內(nèi)擴展快，卷吸能力、摻混作用、軸線速度的衰減均比普通射流大。

如果射流進入一個有限的空間，射流運動會受到空間邊界的限制，成為非自由射流。潛水攪拌器在水池內(nèi)運行，也就是在一個有限空間里作業(yè)，液體運動受到水池壁面與水池池底等固體邊界的限制，所以可以確定旋動射流為非自由旋動射流。

潛水攪拌器葉輪射出的水體射入水中，因此又屬于淹沒自由射流。動量射流是指射流的出流速度較高，它依靠射出時的初始動量來維持自身運動，所以動量對它的流動起支配作用。

由數(shù)值模擬速度流場圖，可明顯觀察到潛水攪拌器攪拌的液體具有以下幾個特點：

(1）從潛水攪拌器葉輪射出的液體高速邊界層長度遠大于射流的寬度；

(2）在射流邊界層的任何斷面上，軸向速度遠大于徑向速度；

(3）射流高速邊界層的邊界可做直線處理；

(4）射流各斷面上的軸向流速與徑向流速具有相似性。

以上幾個特點與湍流射流的特點基本一致，所以射流也是湍流射流。

由潛水攪拌器在水池內(nèi)的安裝位置可知，潛水攪拌器一般靠近池面安裝，潛水攪拌器機軸與池底的距離一般等于葉輪直徑加400mm，非對稱地安裝在窄邊上，一般安裝在3:4的位置上。這樣使得池內(nèi)的液體較好地循環(huán)，池內(nèi)懸浮物才不會沉淀，化學(xué)反應(yīng)才會充分進行。由于從葉輪射出的射流進入到一個有限空間，且潛水攪拌器的這種非對稱安裝，導(dǎo)致射流受到固體邊界條件限制，又屬于淹沒非自由射流。

在水池內(nèi)，從葉輪射出的射流射入水池，在卷吸能力和滲混作用下，帶動周圍的液體運動，同時與距離較近的側(cè)壁和安裝壁面的對面壁發(fā)生碰撞，故其流場又具有紊動沖擊射流的特點，并具有徑向壁面射流的部分特性。

由以上分析可知，潛水攪拌器高速旋轉(zhuǎn)攪拌的水池內(nèi)液體流態(tài)很復(fù)雜，其液體屬于淹沒非自由湍流圓斷面旋動射流，徑向壁面射流，并在水池池壁的作用下，又發(fā)生了沖擊射流現(xiàn)象，使整池內(nèi)液體形成循環(huán)，達到了攪拌要求。

很多業(yè)內(nèi)學(xué)者曾對圓形、平面紊動沖擊射流的流動特性進行過研究，如TaniKor-natsu(1964年)、Cola(1965年)、Wolfshtein(1970年)、Donaldson和 Snedeker(1971年）、Bradbury(1972年）、Beltaos和Rajaratnam (1973年）以及Gutmark、Wolfshtein 和Wygnanski (1978年）等。研究結(jié)果表明，沖擊射流可分成三個明顯的流動區(qū)域： 自由射流區(qū)I區(qū)、沖擊區(qū)II區(qū)、壁面射流區(qū)VIII區(qū)。圖1與圖2所示分別為水池內(nèi)垂直于池底和平行于池底的軸向流域內(nèi)液體流動示意圖。在潛水攪拌器與池壁的作用下，水池內(nèi)流域被分為若干區(qū)域，其中，比較明顯且所占面積較大的區(qū)域有以下八個區(qū)域：自由射流區(qū)；與池壁C沖擊區(qū)；與池底沖擊區(qū)；與池面沖擊區(qū)；池底壁面射流區(qū)；與池壁C徑向壁面射流區(qū)；與池面徑向壁面射流區(qū)。

圖1 垂直于池底的軸向流域內(nèi)液體流動示意圖

I．自由射流區(qū)；II．與池壁C沖擊區(qū)；III、IV．與池底沖擊區(qū)；V.與池面沖擊區(qū)；VI．池底壁面射流區(qū)；Ⅶ．與池面、池壁C沖擊的混合過渡區(qū)；Ⅷ．與池壁C徑向壁面射流區(qū)；Ⅸ．與池面徑向壁面射流區(qū)

圖2 水池內(nèi)平行于池底的軸向流域內(nèi)液體流動示意圖

Ⅰ.自由射流區(qū)；II．與池壁C沖擊區(qū)；Ⅲ、Ⅳ．與池底沖擊區(qū)；V．與池面沖擊區(qū)；Ⅵ．池底壁面射流區(qū)；Ⅶ．與池壁b、池壁C沖擊的混合過渡區(qū)；Ⅷ．與池壁C徑向壁面射流區(qū)；IX．與池面徑向壁面射流區(qū)

圖3（a）所示為水池內(nèi)部液體的三維流線圖，圖3 (b）所示為液體被吸入到葉輪進口的液體流線示意圖。潛水攪拌器葉輪附近的液體要遠遠高出水池內(nèi)其他位置上的液體，這是由于液體經(jīng)由葉輪獲得較大動能后，形成圓形動量射流，射流射入池內(nèi)的靜止液體中，由于湍流的脈動，卷吸周圍靜止液體進入射流，兩者混滲向前運動，從而增加了射流的流量，也加寬了射流的寬度，降低了射流的速度。水池內(nèi)形成了一條狹長的水柱，隨著往前推進距離的增加，池內(nèi)獲得動能的液體越來越多。葉輪后面的液體*地被葉輪吸入，獲得動能，在水池池壁的作用下， 水流與池壁碰撞，又發(fā)生了回流，自此，整池的液體均被帶動起來，在池內(nèi)液體形成了大循環(huán)并充分混合。由圖3可知，池內(nèi)流動軸向推進，徑向擴散，液體循環(huán)明顯，存在多個較大尺寸的旋渦。

圖3 全流場流線圖與葉輪進口液體流線圖