剪切稀化流體在簡化CTM模型中的流動及混合特性研究
發(fā)布時間：2021-09-23 23:19
混合是化工生產(chǎn)過程中十分常見的一種單元操作,在橡膠和紡織等高分子行業(yè)中混合質(zhì)量的好壞往往會影響產(chǎn)品的競爭力。這些高分子流體多屬于剪切稀化流體,因流體的粘度隨剪切率變化,其在混合過程中的行為和牛頓流體在混合過程中的行為有很大的不同。高分子流體的復(fù)雜流變特性以及復(fù)雜的專用混合設(shè)備使量化研究剪切稀化流體在混合器內(nèi)的流動及混合特性,探索混合機理變得十分困難。目前的相關(guān)研究多為模擬研究,缺乏與實驗結(jié)果的相互驗證,本文通過實驗和模擬結(jié)合研究了剪切稀化流體在簡化CTM模型中的流動及混合特性。本文利用激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（PLIF）和粒子圖像測速技術(shù)（PIV）探究了單相剪切稀化流體在方腔拖曳流模型中的流動特性以及兩相互溶剪切稀化流體在方腔拖曳流模型中的流動及混合特性。通過可視化技術(shù)得到的定量化的實驗結(jié)果與CFD的模擬結(jié)果對比驗證了模擬中所使用模型（species transport model）的可靠性與準確性。采用實驗驗證的模型研究了冪律模型參數(shù)k和n,液位比,拖曳板速度,方腔縱橫比,密度差等對互溶兩相剪切稀化流體混合過程的影響。利用離集強度（IOS）和無因次數(shù)群:Re,Ar/Re,Ri以及速度場等分析...
【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：88 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１－１腔穴傳遞式混合器的定子和轉(zhuǎn)子??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｒｏｔｏｒ?ａｎｄ?ｓｔａｔｏｒ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃａｖｉｔｙ?ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｍｉｘｅｒ??
時量子效率最大，因此實驗操作條件需要保持恒定溫度，且溫度接近２０°Ｃ為??宜【７｜］。表Ｍ給出了常見示蹤劑的吸收光譜和激發(fā)光譜［７２］。??１．４．２?ＰＩＶ技術(shù)工作原理??粒子成像測速技術(shù)（ＰＩＶ）于１９８４年首次被提出，因其具有不介入流場，測量精??度高，瞬態(tài)等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于測量科學(xué)與技術(shù)研究領(lǐng)域，如液體單相流流場，多相??流，空氣動力學(xué)等。商業(yè)化的ＰＩＶ系統(tǒng)包含光源系統(tǒng)，ＰＩＶ同步系統(tǒng)，圖像拍攝系統(tǒng)??和圖像分析系統(tǒng)［７３］。ＰＩＶ法測定速度場的過程可以分為兩步：照片采樣（如圖１＿３所??示）以及圖像分析，測量過程中首先向被測定流體中加入適當示蹤粒子，示蹤粒子要??求具有良好的跟隨性和散射性且要求不能夠干擾流場，不能夠與流場中的物質(zhì)起反應(yīng)，??影響流體的性質(zhì)，通常為透明的空心玻璃珠，調(diào)節(jié)高強度的脈沖激光光源，使其通過??被測平面「４］。在速度場的測量過程中，激光首先會在極短間隔時間內(nèi)連續(xù)激發(fā)兩道光??源，在同步器的作用下ＣＣＤ相機會在激光激發(fā)的相同時間拍攝被測平面，示蹤粒子??的相對移動可以表征流場的速度，運用公式：??量平面??／＼?７１?被??ｚ＿＿??＾，流??：＊?場????ｕ??口??源?ｉｄ．１?￣￣??ｙ—＾ｙ?ｃｃｄ?相機??圖１－３粒子成像測速技術(shù)示意圖??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ＰＩＶ?ｓｙｓｔｅｍ??１５??
?第二章主要實驗裝置及數(shù)據(jù)處理???的跟隨性能夠滿足要求。在ＰＩＶ中激光的工作平面與在ＰＬＩＦ中激光的工作平面相同，??均為ｚ／灰＝０．５平面，相機和激光的工作區(qū)域需要包含方腔完整的界面。因相機獲得的??散射光強度較高，相機過曝會損害ＣＣＤ感光元件，因此在ＰＩＶ實驗中的激光強度通??常低于在ＰＬＩＦ實驗中的激光強度。??拖曳上???拖曳板速度（ａ）?＾??＇?—?￣￣￣ｔＨ??（ｂ）??圖２－２實驗裝置示意圖（ａ）和笛卡爾坐標系（ｂ）??Ｆｉｇ．?２－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃａｖｉｔｙ?（ａ）?ａｎｄ?Ｃａｒｔｅｓｉａｎ?ｃｏ－ｏｒｄｉｎａｔｅ?（ｂ）??２．２實驗物料和實驗步驟??實驗中涉及的試劑有：聚丙烯酸鈉（分析純，平均分子量為５０００ｗ？８０００ｗ，??ＭａＣｋｌｉｎＳ８１７８０９），去離子水，蔗糖（分析純，國藥控股化學(xué)試劑有限公司），羅丹明Ｂ??（分析純，阿拉�。┖涂招牟Ａе椋ǎ福保病迹椋�，ＤａｎｔｅｃＤｙｎａｍｉｃｓ）。制備剪切稀化溶液的方??法參考了?Ｂｉｒｄ［７７＾?Ｂｏｇｅｒ［７８】等人的溶液配置方法。本文的ＰＬＩＦ實驗中指示混合過程??溶液濃度變化所用的熒光示蹤劑選擇羅丹明Ｂ。因使用的示蹤劑含量很低，為保證配??置濃度的準確性，本實驗首先在２．５?Ｌ容量瓶中配置了?５０?ｍｇ／Ｌ的母液，實驗時用母??液稀釋成為０￣６０ｐｇ／Ｌ的溶液。高分子鏈在劇烈的攪拌過程中會被破壞，因此在配置??溶液過程中攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌時間會影響體系的粘度。在配置溶液過程中應(yīng)該嚴格控制??攪拌轉(zhuǎn)速和時間，ＰＬＩＦ實驗物料的準備步驟為：??（１）配置Ｌｉｑｕｉｄ?１：將聚
本文編號：3406621
【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：88 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１－１腔穴傳遞式混合器的定子和轉(zhuǎn)子??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｒｏｔｏｒ?ａｎｄ?ｓｔａｔｏｒ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃａｖｉｔｙ?ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｍｉｘｅｒ??
時量子效率最大，因此實驗操作條件需要保持恒定溫度，且溫度接近２０°Ｃ為??宜【７｜］。表Ｍ給出了常見示蹤劑的吸收光譜和激發(fā)光譜［７２］。??１．４．２?ＰＩＶ技術(shù)工作原理??粒子成像測速技術(shù)（ＰＩＶ）于１９８４年首次被提出，因其具有不介入流場，測量精??度高，瞬態(tài)等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于測量科學(xué)與技術(shù)研究領(lǐng)域，如液體單相流流場，多相??流，空氣動力學(xué)等。商業(yè)化的ＰＩＶ系統(tǒng)包含光源系統(tǒng)，ＰＩＶ同步系統(tǒng)，圖像拍攝系統(tǒng)??和圖像分析系統(tǒng)［７３］。ＰＩＶ法測定速度場的過程可以分為兩步：照片采樣（如圖１＿３所??示）以及圖像分析，測量過程中首先向被測定流體中加入適當示蹤粒子，示蹤粒子要??求具有良好的跟隨性和散射性且要求不能夠干擾流場，不能夠與流場中的物質(zhì)起反應(yīng)，??影響流體的性質(zhì)，通常為透明的空心玻璃珠，調(diào)節(jié)高強度的脈沖激光光源，使其通過??被測平面「４］。在速度場的測量過程中，激光首先會在極短間隔時間內(nèi)連續(xù)激發(fā)兩道光??源，在同步器的作用下ＣＣＤ相機會在激光激發(fā)的相同時間拍攝被測平面，示蹤粒子??的相對移動可以表征流場的速度，運用公式：??量平面??／＼?７１?被??ｚ＿＿??＾，流??：＊?場????ｕ??口??源?ｉｄ．１?￣￣??ｙ—＾ｙ?ｃｃｄ?相機??圖１－３粒子成像測速技術(shù)示意圖??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ＰＩＶ?ｓｙｓｔｅｍ??１５??
?第二章主要實驗裝置及數(shù)據(jù)處理???的跟隨性能夠滿足要求。在ＰＩＶ中激光的工作平面與在ＰＬＩＦ中激光的工作平面相同，??均為ｚ／灰＝０．５平面，相機和激光的工作區(qū)域需要包含方腔完整的界面。因相機獲得的??散射光強度較高，相機過曝會損害ＣＣＤ感光元件，因此在ＰＩＶ實驗中的激光強度通??常低于在ＰＬＩＦ實驗中的激光強度。??拖曳上???拖曳板速度（ａ）?＾??＇?—?￣￣￣ｔＨ??（ｂ）??圖２－２實驗裝置示意圖（ａ）和笛卡爾坐標系（ｂ）??Ｆｉｇ．?２－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃａｖｉｔｙ?（ａ）?ａｎｄ?Ｃａｒｔｅｓｉａｎ?ｃｏ－ｏｒｄｉｎａｔｅ?（ｂ）??２．２實驗物料和實驗步驟??實驗中涉及的試劑有：聚丙烯酸鈉（分析純，平均分子量為５０００ｗ？８０００ｗ，??ＭａＣｋｌｉｎＳ８１７８０９），去離子水，蔗糖（分析純，國藥控股化學(xué)試劑有限公司），羅丹明Ｂ??（分析純，阿拉�。┖涂招牟Ａе椋ǎ福保病迹椋�，ＤａｎｔｅｃＤｙｎａｍｉｃｓ）。制備剪切稀化溶液的方??法參考了?Ｂｉｒｄ［７７＾?Ｂｏｇｅｒ［７８】等人的溶液配置方法。本文的ＰＬＩＦ實驗中指示混合過程??溶液濃度變化所用的熒光示蹤劑選擇羅丹明Ｂ。因使用的示蹤劑含量很低，為保證配??置濃度的準確性，本實驗首先在２．５?Ｌ容量瓶中配置了?５０?ｍｇ／Ｌ的母液，實驗時用母??液稀釋成為０￣６０ｐｇ／Ｌ的溶液。高分子鏈在劇烈的攪拌過程中會被破壞，因此在配置??溶液過程中攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌時間會影響體系的粘度。在配置溶液過程中應(yīng)該嚴格控制??攪拌轉(zhuǎn)速和時間，ＰＬＩＦ實驗物料的準備步驟為：??（１）配置Ｌｉｑｕｉｄ?１：將聚
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