本文關(guān)鍵詞：攪拌槽內(nèi)非牛頓流體的流動混合特性

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【摘要】：攪拌作為基本的單元操作,在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍很廣,其中有相當(dāng)大一部分應(yīng)用涉及到非牛頓流體。然而非牛頓流體流變性質(zhì)的復(fù)雜性使得對其的研究更加困難,目前對于非牛頓流體在攪拌槽內(nèi)流動混合特性的研究多為計(jì)算機(jī)模擬而不是實(shí)驗(yàn)研究。為了填補(bǔ)在攪拌槽內(nèi)非牛頓流體流動特性研究的空缺,本文針對攪拌槽內(nèi)剪切變稀流體的流動混合特性展開了一定的研究。本文利用粒子圖像測速(PIV)技術(shù),探究了使用Rushton槳的攪拌槽內(nèi)聚丙烯酸鈉溶液的流動混合特性。實(shí)驗(yàn)以雷諾數(shù)與非牛頓流體的流變指數(shù)為主要考察變量,通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速及聚丙烯酸鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù),對攪拌槽內(nèi)槳葉區(qū)的流體流動特性進(jìn)行了研究對比。研究表明,在雷諾數(shù)為900-5500的范圍內(nèi)聚丙烯酸鈉溶液在槳葉區(qū)的流動處于過渡區(qū),其中雷諾數(shù)低于1500時(shí),其流型更趨近于層流流動,當(dāng)雷諾數(shù)高于5000時(shí),流型更趨近于湍流流動；在攪拌槳中心軸線處剪切變稀流體的無因次化徑向速度與雷諾數(shù)之間有著顯著的相關(guān)關(guān)系,其隨著雷諾數(shù)的增加而逐漸增大；相對于雷諾數(shù)的影響,無因次化徑向速度的分布受流體流變特性的影響更加強(qiáng)烈；無因次化均方根速度分布與雷諾數(shù)約呈正比關(guān)系,雷諾數(shù)的增加對其影響程度大于雷諾數(shù)對平均速度的影響；湍流動能在槳葉區(qū)的分布關(guān)于槳葉中心輕微不對稱,通過相位解析的湍流動能分布可以發(fā)現(xiàn)這種不對稱在相位角0=50°時(shí)達(dá)到最大；與牛頓流體的高度湍動區(qū)隨尾渦發(fā)展而形成相比,本次實(shí)驗(yàn)的非牛頓流體的高度湍動區(qū)在尾渦耗散后形成；槳葉區(qū)內(nèi)假塑性流體的剪切速率隨雷諾數(shù)的升高而增大,其中當(dāng)流體流態(tài)趨近于層流時(shí),槳葉區(qū)內(nèi)剪切速率分布較為均勻,當(dāng)流體流態(tài)趨近于湍流時(shí),在槳葉中心軸線的兩側(cè)會出現(xiàn)兩個(gè)高剪切速率區(qū),而槳葉中心軸線處剪切速率較低；在本次實(shí)驗(yàn)條件的范圍內(nèi),非牛頓流體的平均徑向速度分布及湍流動能分布與雷諾數(shù)為其1/10的牛頓流體相似。
【關(guān)鍵詞】：非牛頓流體 PIV 湍流動能 流場特性 過渡區(qū)
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ027.2;TQ021.1
【目錄】：

• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集3-4
• 摘要4-6
• abstract6-15
• 符號說明15-17
• 第一章 文獻(xiàn)綜述17-31
• 1.1 課題研究背景17
• 1.2 非牛頓流體特性17-22
• 1.2.1 非牛頓流體的流變性質(zhì)18-20
• 1.2.2 非牛頓流體的研究進(jìn)展20-22
• 1.3 攪拌槽內(nèi)湍流特性研究22-25
• 1.3.1 湍流22-23
• 1.3.2 擬湍流現(xiàn)象23-24
• 1.3.3 平均速度24
• 1.3.4 湍流動能24-25
• 1.4 粒子圖像測速(PIV)技術(shù)25-29
• 1.4.1 PIV技術(shù)原理26-27
• 1.4.2 PIV系統(tǒng)組成27-28
• 1.4.3 PIV技術(shù)應(yīng)用28-29
• 1.5 小結(jié)29-31
• 第二章 實(shí)驗(yàn)裝置與方法31-43
• 2.1 攪拌裝置31-33
• 2.1.1 機(jī)械傳動裝置31-32
• 2.1.2 攪拌槽32
• 2.1.3 攪拌槳32-33
• 2.2 PIV裝置33-34
• 2.3 PIV參數(shù)優(yōu)化34-37
• 2.3.1 示蹤粒子35
• 2.3.2 時(shí)間間隔△t35-36
• 2.3.3 查詢區(qū)尺寸36-37
• 2.4 操作條件37-43
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)流體的準(zhǔn)備38-39
• 2.4.2 流變特性的測定39-40
• 2.4.3 雷諾數(shù)的定義40-43
• 第三章 結(jié)果分析與討論43-77
• 3.1 雷諾數(shù)對流場特性的影響43-60
• 3.1.1 平均速度分布43-49
• 3.1.2 無因次化均方根速度分布49-54
• 3.1.3 無因次化湍流動能分布分析54-59
• 3.1.4 小結(jié)59-60
• 3.2 流變特性對流場特性的影響60-66
• 3.2.1 平均速度分布61-64
• 3.2.2 無因次化均方根速度分布64-66
• 3.2.3 小結(jié)66
• 3.3 非牛頓流體流場參數(shù)的修正66-71
• 3.3.1 剪切速率分布67-69
• 3.3.2 雷諾數(shù)及k_s修正69-71
• 3.3.3 小結(jié)71
• 3.4 非牛頓流體與牛頓流體流場對比71-77
• 3.4.1 平均速度分布71-74
• 3.4.2 無因次化湍流動能分布74-76
• 3.4.3 小結(jié)76-77
• 第四章 結(jié)論77-79
• 4.1 主要結(jié)論77-78
• 4.2 創(chuàng)新點(diǎn)78-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 致謝83-85
• 導(dǎo)師及作者簡介85-87
• 附件87-89

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