假塑性流體作為非牛頓流體的重要組成部分,在生化、紙槳、化妝品、聚合物等工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。研究不同攪拌槳的攪拌流場混沌特征及混合攪拌特性對攪拌槳型的優(yōu)化改進(jìn)以及對工業(yè)化生產(chǎn)過程中的節(jié)約能源利用具有重要的意義。本文運(yùn)用Standard k-ε湍流模型和power-law流變模型對假塑性流體（黃原膠溶液）進(jìn)行流場混沌特性數(shù)值模擬分析和混合特性分析。為了驗(yàn)證數(shù)值模擬方法的正確性,采用PIV實(shí)驗(yàn)的流場結(jié)構(gòu)和攪拌槽內(nèi)不同高度處的速度大小與數(shù)值模擬得出的流場結(jié)構(gòu)和速度大小進(jìn)行對比。對假塑性流體進(jìn)行數(shù)值模擬分析,得出的主要結(jié)論如下:（1）在攪拌流場中6PBT攪拌槳的攪拌渦心上下左右均呈不對稱的結(jié)構(gòu)而6BT槳的渦心上下左右均對稱,6PBT槳的的槳葉尖端的流體呈傾斜方向排出,6BT槳槳葉尖端的流體呈水平方向排出;在相同的攪拌轉(zhuǎn)速下在槽內(nèi)高度相同時6PBT槳攪拌的流場速度比6BT槳的速度大,6PBT槳的切應(yīng)變速率要比6BT槳的切應(yīng)變速率要高。（2）隨著攪拌轉(zhuǎn)速的增大6PBT槳與6BT槳渦心位置的變化規(guī)律均沿徑向向攪拌槽壁的方向移動;改變假塑性流體的流變指數(shù)攪拌槳的渦心位置并沒有發(fā)生明顯改變,攪拌槳... 

【文章來源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

純粘性流體的流變圖

假塑性流體攪拌流場混沌特征及混合特性4以類似于直線的方式在圓環(huán)中運(yùn)動。攪拌槽內(nèi)流體混合隔離區(qū)如圖1-2所示。這些以直線方式只限制在圓環(huán)內(nèi)運(yùn)動，稍有變形，阻礙了流體的混合，使整個攪拌流動區(qū)域的混合效果大大降低，這些混合隔離區(qū)形成的面成為KAM環(huán)面。目前破壞隔離區(qū)增大混合效果的方法從運(yùn)動方式入手主要有變速攪拌、偏心攪拌；從攪拌器的結(jié)構(gòu)入手，如改變攪拌器葉片的數(shù)目，改變目前的攪拌器結(jié)構(gòu)，形成新的攪拌器幾何結(jié)構(gòu)，使葉輪形成的渦形使隔離區(qū)不斷遭到破壞從而使混合效果得到增強(qiáng)。圖1-2攪拌槽內(nèi)流體混合隔離區(qū)Fig.1-2Themixingisolationzoneinthemixingtank1.2.4攪拌假塑性流體模擬研究目前針對攪拌釜流體的數(shù)值模擬主要是以牛頓流體為主，由于非牛頓流體本身復(fù)雜的流變特性，國內(nèi)外學(xué)者研究的比較少，對假塑性流體的數(shù)值模擬研究還要進(jìn)一步待探索和完善。欒欣欣[17]分別對最大葉片式槳、泛能式槳和三層六直葉渦輪槳攪拌黃原膠進(jìn)行數(shù)值模擬得出在相同的單位體積功耗下，泛能式攪拌槳混合時間最短，最大葉片槳次之，六直葉混合時間最長。Metzner[18]通過對牛頓流體的功率數(shù)和雷諾數(shù)的相互關(guān)聯(lián)式的廣義形式用于探討黃原膠在層流和過度流之間的功率消耗與雷諾數(shù)的關(guān)系，并指出剪切速率僅與槳轉(zhuǎn)速有關(guān)是不完善的。Luan[19]等運(yùn)用對6PBT槳進(jìn)行數(shù)值模擬提出了一種心形模型用來確定洞穴邊界濃度的測定方法，將粘度剪切速率曲線從沿著中心軸向槽壁的方向變?yōu)閮绾瘮?shù)曲線的過渡點(diǎn)的位置確定洞穴邊界，此時對應(yīng)的粘度為洞穴邊界濃度。Houari[20]對比分析了彎曲葉片式葉輪和在彎曲葉片葉輪中間開孔和尖端開孔在黃原膠溶液中的攪拌功率的大小，結(jié)果表明在彎曲葉片式葉輪的中間開孔和尖端開孔分別比在無開孔彎曲葉片式葉輪攪拌功率降低了

假塑性流體攪拌流場混沌特征及混合特性61—電機(jī)2—減速器3—加料管4—攪拌軸5—夾層6—攪拌槽7—攪拌器圖1-3攪拌釜裝置示意圖Fig.1-3Thesketchmapofstirredtankdevice攪拌器是攪拌裝置最主要的部件，由電動機(jī)、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)軸以及攪拌槳構(gòu)成。攪拌槳通過外加電源驅(qū)動電動機(jī)帶動攪拌槳運(yùn)動。攪拌槳的葉片形態(tài)對攪拌物料的混合程度、物料間的化學(xué)反應(yīng)效率、攪拌的流動形態(tài)具有決定性作用。按照攪拌槳的運(yùn)動方式以及攪拌槳的形狀可將攪拌狀態(tài)的流動形態(tài)一般分為徑向流攪拌器、軸向流攪拌器。圖1-4徑向流攪拌器流場Fig.1-4Theflowfieldofradialflowmixer徑向流攪拌器的流體由攪拌葉輪的尖端射流流出，流體碰到攪拌槽內(nèi)壁后分成上下兩部分，分成的兩部分流體返回槳葉端部。典型的徑向流攪拌器主要有渦輪式、平直葉式和三葉后掠式。徑向流攪拌器的剪切力大，分散能力較強(qiáng)，轉(zhuǎn)速較高，因此特別適用于具有剪切稀化的假塑性流體的攪拌。徑向流攪拌器流場示意圖如圖1-4所示。欒德玉[30]將六彎葉槳的槳葉上下錯位并命名為錯位六彎葉槳，葉輪尖端的排出方式由原來的葉輪水平方向排出變成形成一定角度的傾斜方式排出，整體流型形成上下四個不對稱的流場的渦心結(jié)構(gòu)進(jìn)而有效消除了攪拌隔離


本文編號：3128940