機械攪拌反應(yīng)器應(yīng)用廣泛,在化工、醫(yī)藥等行業(yè)中發(fā)揮著十分重要的作用。攪拌槳是機械攪拌反應(yīng)器的重要部件,傳統(tǒng)攪拌槳多以剛性材料制成,如碳鋼、結(jié)構(gòu)鋼等,這種剛性槳在對流體做功時,存在剪切力較大、能量傳遞效率較低等問題。本課題以攪拌槳葉材質(zhì)為出發(fā)點,借鑒仿生學(xué),在傳統(tǒng)六直葉圓盤渦輪攪拌槳(Rushton)的基礎(chǔ)上,采用柔性槳葉替代剛性槳葉的方式,獲得柔性葉片Rushton攪拌槳。通過CFD數(shù)值模擬和實驗測試,對比分析兩種槳的功耗、槳葉應(yīng)力及變形、流場特性等,對柔性葉片Rushton攪拌槳的工作特性進行了研究。首先對攪拌反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式進行了確定,選用實驗室尺度的攪拌容器,按照設(shè)計手冊的比例關(guān)系,確定攪拌槳的結(jié)構(gòu)尺寸。柔性材料的選擇是后續(xù)研究工作能順利開展的關(guān)鍵,通過分析剛性槳材料的彈性模量,選取了四種不同的材料作為槳葉。通過流固耦合分析,發(fā)現(xiàn)橡膠材質(zhì)的槳葉能產(chǎn)生合適的槳葉變形、適應(yīng)性較好,故確定橡膠作為柔性槳葉。通過數(shù)值模擬和實驗測試,對兩種槳的功耗和槳葉應(yīng)力及變形進行了分析研究。結(jié)果表明,當(dāng)Re≤100時,即層流區(qū)和過渡區(qū)的起始階段,柔性槳的功率準(zhǔn)數(shù)大于剛性槳,柔性槳功耗較大;當(dāng)Re100時,即過渡區(qū)階段,柔性槳的功率準(zhǔn)數(shù)小于剛性槳,柔性槳功耗較小,最小處功耗降低了 17.2%;當(dāng)Re≥10000時,兩種槳的功率準(zhǔn)數(shù)不再隨雷諾數(shù)增加而改變。采用CFD雙向流固耦合技術(shù)和PIV流場測試技術(shù),對兩種槳在低黏度介質(zhì)水、高黏度介質(zhì)甘油中工作所獲得的穩(wěn)態(tài)流場特性(速度場、湍動能及湍流耗散率、尾渦等)進行了研究。結(jié)果表明,在低黏度攪拌介質(zhì),柔性槳的流場最大速度降低了 8.94%,但槳葉遠端的軸向速度和徑向速度有所提升,在高黏度攪拌介質(zhì),柔性槳的流場最大速度提升了 5.4%,對攪拌槽整體速度都有提升。在湍動能及湍流耗散率方面,柔性槳在低黏度流體中湍動能較小且耗散率較小,而在高黏度流體中湍動能較大,相比于剛性槳提高了 26.7%,但柔性槳在槳葉附近的湍流耗散率較大。柔性槳產(chǎn)生的渦量較小,并且其在低黏度介質(zhì)中結(jié)構(gòu)更加明顯。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ021
【部分圖文】：

邐（ｃ）邋ＲＡＦ邐（ｄ）邋ＣＢＹ逡逑圖１．２軸向流攪拌槳逡逑攪拌槳還可以以其他方式進行分類，如按照攪拌槳結(jié)構(gòu)形式可分為平葉、折逡逑葉和螺旋葉片。其中平葉和折葉結(jié)構(gòu)包括槳式、渦輪式、框式和錨式的槳葉，螺逡逑旋葉片包括推進式、螺桿式和螺帶式的槳葉。按攪拌的用途可分為：低黏流體介逡逑質(zhì)用攪拌槳和高黏流體介質(zhì)用攪拌槳。槳式、布魯馬金式、板框槳式、三葉后彎逡逑式、推進式、長薄葉螺旋槳、開啟渦輪式、圓盤渦輪式、ＭＩＧ式和改進ＭＩＧ等逡逑為低黏流體介質(zhì)攪拌槳；螺旋槳式、錨式、鋸齒圓盤式、框式、螺帶式（單螺帶、逡逑雙螺帶）、螺旋－螺帶式等為高黏流體介質(zhì)攪拌槳。逡逑隨著科學(xué)技術(shù)的進步，新型攪拌槳也會不斷涌現(xiàn)，新型槳的研制將會出現(xiàn)以逡逑下轉(zhuǎn)變：攪拌槳的設(shè)計由傳統(tǒng)經(jīng)驗型設(shè)計向理論分析設(shè)計轉(zhuǎn)變；新型槳的性能分逡逑析由宏觀研宄向微觀分析轉(zhuǎn)變；槳葉的結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)單調(diào)型向組合優(yōu)化型轉(zhuǎn)變；以逡逑及更多新型技術(shù)的應(yīng)用［２０］。逡逑徐峰介紹了軸流式攪拌槳在國內(nèi)外的研宄現(xiàn)狀和軸流式攪拌槳的特點、新逡逑型軸流槳的開發(fā)情況以及攪拌槽內(nèi)數(shù)值模擬、流場測量顯示技術(shù)。胡長鷹Ｉ２２】討論逡逑３逡逑

邐（ｃ）邋ＣＤ－６邐（ｄ）邋ＢＴ－６逡逑圖１．１徑向流攪拌槳逡逑軸向流，流體被槳葉推動平行于攪拌軸向下流動，受到容器底面作用上翻，逡逑最終形成上下循環(huán)流。國內(nèi)外還開發(fā)了多種軸向流攪拌槳，如德國ＥＫＡＴＯ公司逡逑研發(fā)的Ｉｎｔｅｒｐｒｏ槳，法國ＲＯＢＩＮ公司研制的ＨＰＭ槳，美國ＬＩＧＨＴＮＩＮ公司開逡逑發(fā)的Ａ３１０、Ａ３丨５、Ａ４１０、Ａ６０００系列槳，加拿大ＲＰＲＣＨＥＭ公司開發(fā)的Ｍａｘｆｌｏ逡逑槳國內(nèi)，如華東理工大學(xué)開發(fā)的ＲＡＦ軸流槳ｗ］，北京化工大學(xué)研制的逡逑ＣＢＹ軸流槳Ｉ１７］，江蘇石油化工學(xué)院開發(fā)的ｊＨ攪拌槳等。逡逑（ａ）邋Ａ３１０邐（ｂ）邋Ｍａｘｆｌｏ邐（ｃ）邋ＲＡＦ邐（ｄ）邋ＣＢＹ逡逑圖１．２軸向流攪拌槳逡逑攪拌槳還可以以其他方式進行分類，如按照攪拌槳結(jié)構(gòu)形式可分為平葉、折逡逑葉和螺旋葉片。其中平葉和折葉結(jié)構(gòu)包括槳式、渦輪式、框式和錨式的槳葉

圖１．３柔性槳型逡逑國內(nèi)研[偅厙齏笱Я踝骰淌諭哦傭愿杖嶙楹轄漣杞敖辛訟嚶Φ難芯抗ゅ義獻鰲Ａ踝骰榷勻嶁越埃ㄈ繽跡保乘荊┙漣璨壑懈唣ざ攘魈宀懔骰旌轄辛搜繡義蟍�，采用Ｍａｔe幔餿砑退嵋患羈墑踴際躉竦沒旌鮮奔浜突旌細衾肭拿婊插義希村義

本文編號：2817682