本文選題：剛?cè)峤M合槳　切入點(diǎn)：混合　出處：《重慶大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：攪拌槳作為機(jī)械攪拌反應(yīng)器中的主要部件之一,它能在攪拌反應(yīng)器工作時(shí)提供給流體一定的流動(dòng)狀態(tài)和適合的能量,對(duì)它進(jìn)行合理設(shè)計(jì)是流體實(shí)現(xiàn)節(jié)能和高效混合的重要途徑。攪拌過(guò)程中能量的耗散主要發(fā)生在槳葉后的尾渦處和槳葉外緣,大約占據(jù)了攪拌槳總輸入機(jī)械能的70%。以剛性材質(zhì)為主的傳統(tǒng)攪拌槳通過(guò)對(duì)流體聚并與剪切作用實(shí)現(xiàn)能量的傳遞,混合效率低及能耗高;而周圍流體與剛-柔結(jié)合的攪拌槳的槳葉柔性端存在耦合作用,它可從“卡門(mén)渦街”中汲取能量,進(jìn)而提高混合效率。流體混合效率和攪拌槳結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系,流體與柔性槳葉之間存在力的耦合作用,攪拌槳柔性尖端葉片在流體載荷作用下會(huì)產(chǎn)生一定量的變形或位移,葉片的位移或變形又可以反過(guò)來(lái)影響流場(chǎng)變化,引起流體載荷分布和大小的轉(zhuǎn)變,從而影響流體混合。因此,數(shù)值模擬中的流固耦合分析方法可用于指導(dǎo)剛?cè)峤M合槳攪拌反應(yīng)器設(shè)計(jì)與研究流體混合行為。本文以自來(lái)水和空氣-自來(lái)水為攪拌介質(zhì),結(jié)合采集的壓力脈動(dòng)信號(hào)和扭矩時(shí)間序列,借助Matlab軟件和小波分析方法計(jì)算LEmax分析體系的混沌混合特性;利用碘液脫色法和流場(chǎng)可視化方法測(cè)試體系的混合時(shí)間、混合效果以及采用軸上扭矩法計(jì)算攪拌槳功耗分析體系的宏觀混合性能;并結(jié)合ANSYS Workbench仿真平臺(tái)、雙向流固耦合及張量分析方法計(jì)算流場(chǎng)的速率特性、氣含率以及攪拌槳的總變形量、等效應(yīng)力;同時(shí),運(yùn)用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)工業(yè)中攪拌反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。具體研究?jī)?nèi)容如下:①以自來(lái)水作為單相流混合體系,本文對(duì)比分析了剛性槳和剛?cè)峤M合槳體系LEmax、混合時(shí)間、速率特性以及兩種攪拌槳的功耗、總變形量、等效應(yīng)力。結(jié)果表明:在轉(zhuǎn)速為120 rpm時(shí),剛?cè)峤M合槳使體系LEmax增大了20%,混合時(shí)間縮短了32%,攪拌槳功耗下降了6%,其槳葉尖端的變形量是剛性槳的105倍,其應(yīng)力比剛性槳增加了83%;與剛性槳相比,剛?cè)峤M合槳在流固耦合作用下對(duì)流體的作用力更大,能夠更好地傳遞能量、增強(qiáng)流體運(yùn)動(dòng)及強(qiáng)化流體混合。②以空氣-自來(lái)水為氣液兩相流混合體系,本文對(duì)比分析了剛性槳和剛?cè)峤M合槳體系LEmax、氣液混合行為、速率特性、氣含率。結(jié)果表明:在轉(zhuǎn)速為180 rpm,空氣流量為1500 L/h時(shí),剛?cè)峤M合槳使單層槳體系LEmax增加了21%、雙層槳體系LEmax增加了5%,且氣泡的混合程度優(yōu)于剛性槳;而剛性槳給流體提供了較強(qiáng)的剪切作用,提高了氣泡的破碎能力,增加了體系中氣泡的數(shù)目。③結(jié)合流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析,在浸出攪拌反應(yīng)器中調(diào)整雙層槳的層間距為1800 mm以及安裝三層槳或?qū)Я魍?或在高速分散反應(yīng)釜中調(diào)整雙層槳的層間距為1120mm、安裝高度為400 mm、直徑為800 mm,都可加強(qiáng)反應(yīng)器內(nèi)流體的軸向流動(dòng),減小“死區(qū)”范圍,進(jìn)而改善流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的均勻分布,有助于強(qiáng)化流體混合。這表明數(shù)值模擬方法可用于工業(yè)生產(chǎn)中攪拌反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)。
[Abstract]:This paper uses tap water and air - tap water as stirring medium to calculate the mixing time , the mixing efficiency and the total deformation quantity of the stirring paddle . The results show that when the rotating speed is 180 rpm and the air flow rate is 1500 L / h , the single - layer paddle system LEmax is increased by 21 % , the two - layer paddle system LEmax is increased by 5 % , and the mixing degree of the bubble is better than that of the rigid paddle .

【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ051.7

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本文編號(hào)：1702014