本文關鍵詞：柔性攪拌軸強化流體混沌混合行為研究

  更多相關文章： 柔性攪拌軸 混沌混合 最大李雅普諾夫指數(shù)(LEmax) 多尺度熵(MSE) 非線性

【摘要】：攪拌軸是攪拌反應器的核心部件之一,其結構類型和結構參數(shù)直接影響著攪拌反應器內(nèi)流體混合性能。攪拌反應器利用動力輸出裝置帶動攪拌軸及攪拌槳轉動,使流體能夠獲得其適宜的流場,強化整個攪拌過程中的傳熱和傳質(zhì),進而提高生產(chǎn)效率和能力。然而,已有研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)剛性攪拌軸的附近區(qū)域易形成周期性和對稱性流場結構,會降低流體的混合效率。并且剛性攪拌軸在轉速較大時,會產(chǎn)生共振現(xiàn)象,導致和反應器連接的所有管道均發(fā)生劇烈跳動,存在一定的安全隱患。為此,開發(fā)結構優(yōu)化的攪拌軸,深刻認識其強化流體混合過程中的非線性動力學行為,指導高效節(jié)能攪拌反應器的開發(fā)和應用,具有重要的理論意義和現(xiàn)實價值。本文以柔性攪拌軸為研究對象,從攪拌過程強化入手,分別以水和高粘度液體為工作介質(zhì)進行實驗。通過研究柔性攪拌軸的受力分析及柔性攪拌軸的結構參數(shù)與操作參數(shù)對攪拌反應器內(nèi)流體流場和混沌特性參數(shù)的影響,結合小波分析及Matlab計算軟件,計算攪拌反應器內(nèi)單位體積功耗(Pv)、最大Lyapunov指數(shù)(LEmax)和多尺度熵(MSE),研究攪拌反應器內(nèi)流體的混沌混合特性;同時,利用相機拍攝記錄柔性攪拌軸攪拌反應器內(nèi)液體的混合過程,并且記錄相應混合時間,得到如下結果:(1)相同轉速下,剛性攪拌軸受到的扭矩大于柔性攪拌軸受到的扭矩。扭矩值越大,攪拌軸的橫截面上形成的扭轉剪切應力越大,對攪拌軸的破壞也相應變得越大。與剛性攪拌軸相比,柔性攪拌軸通過活性鏈接消除掉了一部分扭矩,一定程度上抑制了轉速過大帶來的共振現(xiàn)象,并且擴大了攪拌區(qū)域,直接推動和加強了攪拌能量的傳遞和擴散。(2)對于低粘度體系和高粘度體系,柔性攪拌軸體系存在著混沌強化的情況。隨著功耗的增大,剛性攪拌軸體系與柔性攪拌軸體系的混合時間均減小,并且lntmix隨著lnPV的變化有較好的線性關系。對于低粘度體系,柔性攪拌軸體系較剛性攪拌軸體系的流體混合時間縮短了73.49%;對于高粘度體系,柔性攪拌軸體系較剛性攪拌軸體系的流體混合時間縮短了65.34%。(3)對于低粘度體系和高粘度體系,剛性攪拌軸與柔性攪拌軸兩個體系的LEmax均大于零,且均隨著單位體積功耗的增大而呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,表明體系都已經(jīng)進入混沌狀態(tài),且可用LEmax來表征體系的混沌強化。對于低粘度體系,兩者相比,柔性攪拌軸體系在低功耗時混合就能達到很好,且最大LEmax值增加了12.57%;對于高粘度體系,兩者相比,柔性攪拌軸體系LEmax的最大值較剛性攪拌軸體系來說增大了10.45%。(4)對于低粘度體系和高粘度體系,剛性攪拌軸體系的LEmax均較小,說明了系統(tǒng)的混沌程度較低,體系表現(xiàn)出的熵值也較低,而柔性攪拌軸體系的LEmax相對較大,體系內(nèi)流體運動軌跡也相對復雜,其熵值也較高。
【關鍵詞】：柔性攪拌軸 混沌混合 最大李雅普諾夫指數(shù)(LEmax) 多尺度熵(MSE) 非線性
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ027.1
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 課題研究背景9-10
• 1.2 機械攪拌設備簡介10-12
• 1.2.1 機械攪拌設備構成10-11
• 1.2.2 攪拌軸11-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.1 攪拌設備的發(fā)展12
• 1.3.2 攪拌反應器內(nèi)流體的混合特性12-13
• 1.4 混沌混合13-16
• 1.4.1 混沌的基本概念13-14
• 1.4.2 混沌混合的研究方法14-16
• 1.4.3 混沌混合判據(jù)和表征16
• 1.5 混合性能的表征16-17
• 1.5.1 混合時間（Mixing Time）16-17
• 1.5.2 流場可視化技術17
• 1.6 課題研究目的和研究內(nèi)容17-19
• 1.6.1 課題研究目的17-18
• 1.6.2 課題主要研究內(nèi)容18-19
• 2 實驗部分19-30
• 2.1 實驗裝置及介質(zhì)19-22
• 2.1.1 實驗裝置19-20
• 2.1.2 柔性軸及攪拌槳構造20-21
• 2.1.3 實驗工作介質(zhì)21-22
• 2.2 數(shù)據(jù)采集裝置22-26
• 2.3 實驗方法26
• 2.4 實驗數(shù)據(jù)分析方法26-28
• 2.4.1 最大李雅普諾夫指數(shù)（LEmax）26-27
• 2.4.2 多尺度熵（MSE）27-28
• 2.5 本章小結28-30
• 3 柔性攪拌軸強化低粘度流體混合實驗研究30-43
• 3.1 剛性軸與柔性軸的受力分析30-31
• 3.2 混合時間分析31-35
• 3.2.1 攪拌軸的類型對低粘度體系混合性能的影響31-33
• 3.2.2 攪拌槳直徑對柔性攪拌軸低粘度體系混合性能的影響33-34
• 3.2.3 柔性攪拌軸的類型對低粘度體系混合性能的影響34-35
• 3.3 最大李雅普諾夫指數(shù)（LEMAX）35-38
• 3.3.1 攪拌軸的類型對低粘度體系LEmax的影響35-36
• 3.3.2 攪拌槳直徑對柔性攪拌軸低粘度體系LEmax的影響36-37
• 3.3.3 柔性攪拌軸的類型對低粘度體系LEmax的影響37-38
• 3.4 多尺度熵（MSE）38-41
• 3.4.1 攪拌軸類型的影響39
• 3.4.2 柔性攪拌軸類型的影響39-40
• 3.4.3 攪拌槳直徑的影響40-41
• 3.5 宏觀混合效果圖41-42
• 3.6 小結42-43
• 4 柔性攪拌軸強化高粘度流體混合實驗研究43-55
• 4.1 混合時間分析43-47
• 4.1.1 攪拌軸的類型對高粘度體系混合性能的影響43-44
• 4.1.2 攪拌槳直徑對柔性攪拌軸高粘度體系混合性能的影響44-45
• 4.1.3 柔性攪拌軸的類型對高粘度體系混合性能的影響45-47
• 4.2 最大李雅普諾夫指數(shù)（LEMAX）47-50
• 4.2.1 攪拌軸的類型對高粘度體系LEmax的影響47-48
• 4.2.2 攪拌槳直徑對柔性攪拌軸高粘度體系LEmax的影響48-49
• 4.2.3 柔性攪拌軸的類型對高粘度體系LEmax的影響49-50
• 4.3 多尺度熵（MSE）50-52
• 4.3.1 攪拌軸類型的影響50
• 4.3.2 柔性攪拌軸類型的影響50-51
• 4.3.3 攪拌槳直徑的影響51-52
• 4.4 宏觀混合效果圖52-53
• 4.5 小結53-55
• 5 結論與展望55-57
• 5.1 結論55
• 5.2 展望55-57
• 致謝57-58
• 參考文獻58-63
• 附錄63-66
• A. 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文63
• B. 作者在攻讀學位期間發(fā)明的專利63
• C. 混沌特性參數(shù)MATLAB計算程序63-66

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本文編號：1101041