脈沖射流-剛柔組合槳強化流體混沌混合及傳質性能研究
發(fā)布時間：2021-02-16 22:27
傳統(tǒng)攪拌反應器普遍使用剛性槳進行機械攪拌,導致反應器內容易產生混合隔離區(qū)而降低流體混合效率。采用多流場耦合誘發(fā)混沌現(xiàn)象,促使更多流體進入混沌狀態(tài),是提高流體混合效率的有效途徑之一。結合Matlab軟件編譯PJ-RF-RT體系中的壓力脈動信號得到最大Lyapunov指數（LLE）與多尺度熵（MSE）,探究不同脈沖周期下占空比、槳型、柔性槳葉厚度、槳離底高度及脈沖空氣射流量對攪拌反應器內流體混沌混合的影響,同時,對比分析了槳型、射流類型、氣流量對體積氧傳質系數KLa的影響。研究結果表明,在脈沖周期T=0.4 s,占空比D=80%時,RF-RT槳體系較R-RT槳體系的LLE增大了11.58%,且RF-RT體系的MSE顯著高于R-RT槳體系,表明脈沖射流剛柔組合槳體系能更好地誘發(fā)流體混沌,增大流體混合效率,均化體系能量分布。此外,脈沖射流耦合RF-RT槳體系增強了流體的湍流特性,促使液膜厚度減小,強化了傳質,在單位體積功耗Pv=360 W/m3時,PJ-RF-RT體系的KLa較PJ-R-RT提高了13.46%,PJ-R-RT體系的KLa較SJ-R-RT提高了11.86%。
【文章來源】：化工學報. 2020,71(10)北大核心
【文章頁數】：10 頁
【部分圖文】：
實驗用槳葉類型
熵是衡量物質混亂程度的一個指標，反映了空間中能量分布的均勻程度，能量分布得越均勻，熵值越大。隨著對熵認識的不斷深入，Costa等[27]提出了多尺度熵（MSE），并計算了時間序列在多個尺度上的熵值。多尺度熵計算了時間序列在不同尺度上的樣本熵值，體現(xiàn)了時間序列在多尺度上的不規(guī)則程度，具有較好的抗噪、抗干擾能力，對時間序列的分析更具系統(tǒng)性。因此本文通過計算壓力脈動時間序列信號，分析攪拌系統(tǒng)內的多尺度熵來探究脈沖射流耦合機械攪拌體系中的能量分布規(guī)律。2.2.1槳葉類型對MSE的影響
圖11對比分析了N=90 r/min、脈沖周期T=0.4 s、占空比D=80%時RF-RT柔性槳葉厚度對MSE的影響。由圖11可知，隨著柔性槳葉厚度的增大，體系的MSE呈先增大后減小的趨勢。當柔性槳葉厚度為F/45時，體系的MSE最大，表明柔性槳葉厚度為F/45時，攪拌槽內的整體能量分布達到了一個較好的分布狀態(tài)，此時RF-RT槳與脈沖空氣流的協(xié)同強化流體混合的能力更強，RF-RT槳柔性槳葉的隨機振動與脈沖空氣射流的強擾動能力促使攪拌槳周圍的流體呈現(xiàn)出高湍動的狀態(tài)，而高湍動的流體會對攪拌槽內其他流體進行大范圍擾動，使得更多流體粒子做無規(guī)性運動，有效破壞了攪拌槽內高度規(guī)律和重復性的擬序結構，槽內流體整體能量分布更加均勻，體系MSE較大。當RF-RT柔性槳葉厚度較小時（小于F/45），隨著柔性槳葉厚度的增大，柔性槳對流體的實際掃略區(qū)增大，槽內流體能量分布更加均勻，體系MSE增大；當RF-RT柔性槳葉厚度較大時（大于F/45），柔性槳葉厚度的增大減弱了其隨機振動能力，使得柔性槳與射流耦合強化流體混合作用減弱，槽內流體能量均勻性降低，體系MSE呈現(xiàn)減小的趨勢。圖1 1 柔性槳葉厚度對MSE的影響
【參考文獻】：
期刊論文
[1]剛柔組合槳強化粉煤灰酸浸攪拌槽內固液混沌混合[J]. 熊黠,劉作華,谷德銀,邱發(fā)成,王靚,陶長元,王運東. 化工學報. 2019(05)
[2]射流-攪拌耦合式煤泥浮選裝置的能量轉化研究[J]. 王海楠,朱金波,費之奎,朱宏政,周偉,王超,韓有理. 選煤技術. 2018(05)
[3]偏心射流-剛柔組合槳攪拌器內混沌混合行為研究[J]. 邱發(fā)成,劉作華,劉仁龍,全學軍,陳家興,谷德銀,李兵,王運東. 化工學報. 2018(02)
[4]穿流式剛-柔組合攪拌槳強化混合澄清槽內油-水兩相混沌混合[J]. 劉作華,許傳林,何木川,谷德銀,許恢琴,何海先,陶長元,王運東. 化工學報. 2017(02)
[5]新型同心雙軸攪拌器功率與混合特性的數值模擬[J]. 劉寶慶,張義堃,劉景亮,秦福磊,林興華,金志江. 化工學報. 2013(04)
[6]偏心空氣射流雙層槳攪拌反應器流場結構的分形特征[J]. 劉作華,寧偉征,孫瑞祥,周小霞,陶長元. 化工學報. 2011(03)
[7]偏心攪拌反應器內的液相混合行為[J]. 胡銀玉,劉喆,楊基礎,程易. 化工學報. 2010(10)
[8]偏心攪拌槽固液懸浮特性[J]. 楊鋒苓,周慎杰,張翠勛,陳蓮芳. 過程工程學報. 2008(06)
[9]Large Eddy Simulations of Flow Instabilities in a Stirred Tank Gen-erated by a Rushton Turbine[J]. 樊建華,王運東,費維揚. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2007(02)
本文編號：3037019
【文章來源】：化工學報. 2020,71(10)北大核心
【文章頁數】：10 頁
【部分圖文】：
實驗用槳葉類型
熵是衡量物質混亂程度的一個指標，反映了空間中能量分布的均勻程度，能量分布得越均勻，熵值越大。隨著對熵認識的不斷深入，Costa等[27]提出了多尺度熵（MSE），并計算了時間序列在多個尺度上的熵值。多尺度熵計算了時間序列在不同尺度上的樣本熵值，體現(xiàn)了時間序列在多尺度上的不規(guī)則程度，具有較好的抗噪、抗干擾能力，對時間序列的分析更具系統(tǒng)性。因此本文通過計算壓力脈動時間序列信號，分析攪拌系統(tǒng)內的多尺度熵來探究脈沖射流耦合機械攪拌體系中的能量分布規(guī)律。2.2.1槳葉類型對MSE的影響
圖11對比分析了N=90 r/min、脈沖周期T=0.4 s、占空比D=80%時RF-RT柔性槳葉厚度對MSE的影響。由圖11可知，隨著柔性槳葉厚度的增大，體系的MSE呈先增大后減小的趨勢。當柔性槳葉厚度為F/45時，體系的MSE最大，表明柔性槳葉厚度為F/45時，攪拌槽內的整體能量分布達到了一個較好的分布狀態(tài)，此時RF-RT槳與脈沖空氣流的協(xié)同強化流體混合的能力更強，RF-RT槳柔性槳葉的隨機振動與脈沖空氣射流的強擾動能力促使攪拌槳周圍的流體呈現(xiàn)出高湍動的狀態(tài)，而高湍動的流體會對攪拌槽內其他流體進行大范圍擾動，使得更多流體粒子做無規(guī)性運動，有效破壞了攪拌槽內高度規(guī)律和重復性的擬序結構，槽內流體整體能量分布更加均勻，體系MSE較大。當RF-RT柔性槳葉厚度較小時（小于F/45），隨著柔性槳葉厚度的增大，柔性槳對流體的實際掃略區(qū)增大，槽內流體能量分布更加均勻，體系MSE增大；當RF-RT柔性槳葉厚度較大時（大于F/45），柔性槳葉厚度的增大減弱了其隨機振動能力，使得柔性槳與射流耦合強化流體混合作用減弱，槽內流體能量均勻性降低，體系MSE呈現(xiàn)減小的趨勢。圖1 1 柔性槳葉厚度對MSE的影響
【參考文獻】：
期刊論文
[1]剛柔組合槳強化粉煤灰酸浸攪拌槽內固液混沌混合[J]. 熊黠,劉作華,谷德銀,邱發(fā)成,王靚,陶長元,王運東. 化工學報. 2019(05)
[2]射流-攪拌耦合式煤泥浮選裝置的能量轉化研究[J]. 王海楠,朱金波,費之奎,朱宏政,周偉,王超,韓有理. 選煤技術. 2018(05)
[3]偏心射流-剛柔組合槳攪拌器內混沌混合行為研究[J]. 邱發(fā)成,劉作華,劉仁龍,全學軍,陳家興,谷德銀,李兵,王運東. 化工學報. 2018(02)
[4]穿流式剛-柔組合攪拌槳強化混合澄清槽內油-水兩相混沌混合[J]. 劉作華,許傳林,何木川,谷德銀,許恢琴,何海先,陶長元,王運東. 化工學報. 2017(02)
[5]新型同心雙軸攪拌器功率與混合特性的數值模擬[J]. 劉寶慶,張義堃,劉景亮,秦福磊,林興華,金志江. 化工學報. 2013(04)
[6]偏心空氣射流雙層槳攪拌反應器流場結構的分形特征[J]. 劉作華,寧偉征,孫瑞祥,周小霞,陶長元. 化工學報. 2011(03)
[7]偏心攪拌反應器內的液相混合行為[J]. 胡銀玉,劉喆,楊基礎,程易. 化工學報. 2010(10)
[8]偏心攪拌槽固液懸浮特性[J]. 楊鋒苓,周慎杰,張翠勛,陳蓮芳. 過程工程學報. 2008(06)
[9]Large Eddy Simulations of Flow Instabilities in a Stirred Tank Gen-erated by a Rushton Turbine[J]. 樊建華,王運東,費維揚. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2007(02)
本文編號：3037019
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