攪拌反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于化工、冶金、醫(yī)藥、食品等過程工業(yè),是相關(guān)生產(chǎn)工藝中的核心設(shè)備。攪拌槳作為攪拌反應(yīng)器的關(guān)鍵部件,向攪拌槽內(nèi)流體提供所需的能量,使流體形成適宜的流場(chǎng),影響著“三傳一反”的效率和程度。傳統(tǒng)剛性攪拌槳主要是通過對(duì)流體的剪切作用傳遞能量,約70%的攪拌槳輸入能量消耗在槳葉外緣和槳葉后的尾渦處,流體的混合效率較低。因而,攪拌槳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化已成為流體混合強(qiáng)化研究的熱點(diǎn)。本文基于化工過程強(qiáng)化和流體混沌混合強(qiáng)化理論,在剛?cè)針难芯炕A(chǔ)上提出穿流剛?cè)針獜?qiáng)化流體混沌混合的新思路,以期通過穿流剛?cè)針陨硇D(zhuǎn)產(chǎn)生的高速射流,強(qiáng)化流場(chǎng)的局部渦流擴(kuò)散,促使流場(chǎng)結(jié)構(gòu)失穩(wěn),誘導(dǎo)流體進(jìn)入混沌混合狀態(tài),強(qiáng)化流體混沌混合過程。本文對(duì)穿流剛?cè)針獢嚢璺磻?yīng)器內(nèi)單相、固液兩相、氣液兩相體系中的混沌特性和混合性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。同時(shí),通過計(jì)算流體力學(xué)對(duì)單相體系的流場(chǎng)特性、固液兩相體系的固液懸浮特性以及氣液兩相體系的氣液分散行為進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。此外,開展了剛?cè)峤M合槳強(qiáng)化錳礦浸出的應(yīng)用研究,對(duì)錳礦浸出槽中固液兩相懸浮特性和槳葉流固耦合行為進(jìn)行了數(shù)值模擬,以及對(duì)錳礦浸出時(shí)間、浸出率和攪拌電耗進(jìn)行了中試試驗(yàn)。主要結(jié)論... 

【文章頁數(shù)】：192 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 攪拌反應(yīng)器概述
    1.2 攪拌槳分類及特性
        1.2.1 常用攪拌槳
        1.2.2 剛?cè)針?br>    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 流體混沌混合強(qiáng)化研究
        1.3.2 計(jì)算流體力學(xué)研究
    1.4 研究目的及研究內(nèi)容
        1.4.1 研究目的及意義
        1.4.2 研究內(nèi)容
2 攪拌反應(yīng)器內(nèi)單相流體混沌混合實(shí)驗(yàn)研究
    2.1 引言
    2.2 實(shí)驗(yàn)裝置
        2.2.1 攪拌裝置
        2.2.2 實(shí)驗(yàn)槳型
        2.2.3 實(shí)驗(yàn)所用輔助設(shè)備及藥品
    2.3 實(shí)驗(yàn)方法
        2.3.1 混合時(shí)間
        2.3.2 混合時(shí)間數(shù)(NTm)
        2.3.3 羧甲基纖維素鈉溶液的流變特性
        2.3.4 攪拌功耗
        2.3.5 最大Lyapunov指數(shù)(LLE)
    2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        2.4.1 最大Lyapunov指數(shù)(LLE)
        2.4.2 混沌吸引子
        2.4.3 分形維數(shù)
        2.4.4 混合時(shí)間數(shù)(NTm)
        2.4.5 混合效率
        2.4.6 可視化實(shí)驗(yàn)
    2.5 本章小結(jié)
3 攪拌反應(yīng)器內(nèi)單相流體混合數(shù)值模擬研究
    3.1 引言
    3.2 計(jì)算模型
        3.2.1 幾何模型及計(jì)算體系
        3.2.2 網(wǎng)格劃分
    3.3 數(shù)值模擬方法
        3.3.1 基本控制方程
        3.3.2 模擬方法
    3.4 模擬結(jié)果與討論
        3.4.1 最大Lyapunov指數(shù)驗(yàn)證
        3.4.2 軸向速度分布
        3.4.3 速度場(chǎng)分布
        3.4.4 槳葉尾渦結(jié)構(gòu)
        3.4.5 轉(zhuǎn)速與功耗之間的關(guān)系
    3.5 本章小結(jié)
4 攪拌反應(yīng)器內(nèi)固液兩相懸浮特性實(shí)驗(yàn)研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)裝置
        4.2.1 攪拌裝置及實(shí)驗(yàn)物系
        4.2.2 實(shí)驗(yàn)槳型
    4.3 實(shí)驗(yàn)方法
        4.3.1 固含率測(cè)量方法
        4.3.2 攪拌功耗
        4.3.3 最大Lyapunov指數(shù)(LLE)
    4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        4.4.1 最大Lyapunov指數(shù)(LLE)
        4.4.2 混沌吸引子
        4.4.3 分形維數(shù)
        4.4.4 軸向固含率分布
        4.4.5 固液懸浮度
        4.4.6 可視化實(shí)驗(yàn)
    4.5 本章小結(jié)
5 攪拌反應(yīng)器內(nèi)固液兩相懸浮特性數(shù)值模擬研究
    5.1 引言
    5.2 計(jì)算模型
        5.2.1 幾何模型及計(jì)算體系
        5.2.2 網(wǎng)格劃分
    5.3 數(shù)值模擬方法
        5.3.1 基本控制方程
        5.3.2 湍流模型
        5.3.3 曳力模型
        5.3.4 模擬方法
    5.4 模擬結(jié)果與討論
        5.4.1 最大Lyapunov指數(shù)驗(yàn)證
        5.4.2 軸向局部固含率驗(yàn)證
        5.4.3 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)
        5.4.4 軸向局部固含率分布
        5.4.5 速度場(chǎng)分布
        5.4.6 湍動(dòng)能場(chǎng)分布
        5.4.7 湍動(dòng)能耗散率分布
        5.4.8 固體顆粒懸浮狀態(tài)
        5.4.9 固含率分布
    5.5 本章小結(jié)
6 攪拌反應(yīng)器內(nèi)氣液兩相分散特性實(shí)驗(yàn)研究
    6.1 引言
    6.2 實(shí)驗(yàn)裝置
        6.2.1 攪拌裝置及實(shí)驗(yàn)物系
        6.2.2 實(shí)驗(yàn)槳型
    6.3 實(shí)驗(yàn)方法
        6.3.1 局部氣含率測(cè)量方法
        6.3.2 氣泡尺寸測(cè)量方法
        6.3.3 攪拌功耗測(cè)量方法
        6.3.4 最大Lyapunov指數(shù)
    6.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        6.4.1 最大Lyapunov指數(shù)(LLE)
        6.4.2 混沌吸引子
        6.4.3 分形維數(shù)
        6.4.4 攪拌功耗特性
        6.4.5 局部氣含率分布
        6.4.6 氣泡尺寸分布
    6.5 本章小結(jié)
7 攪拌反應(yīng)器內(nèi)氣液兩相分散特性數(shù)值模擬研究
    7.1 引言
    7.2 計(jì)算模型
        7.2.1 幾何模型及計(jì)算體系
        7.2.2 網(wǎng)格劃分
    7.3 數(shù)值模擬方法
        7.3.1 基本控制方程
        7.3.2 湍流模型
        7.3.3 曳力模型
        7.3.4 PBM模型
        7.3.5 模擬方法
    7.4 模擬結(jié)果與討論
        7.4.1 最大Lyapunov指數(shù)驗(yàn)證
        7.4.2 局部氣含率與氣泡尺寸驗(yàn)證
        7.4.3 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)
        7.4.4 局部氣含率分布
        7.4.5 氣泡尺寸分布
    7.5 本章小結(jié)
8 剛?cè)峤M合槳強(qiáng)化錳礦浸出中試試驗(yàn)及固液懸浮模擬研究
    8.1 引言
    8.2 錳礦浸出裝置
        8.2.1 攪拌裝置及物系參數(shù)
        8.2.2 攪拌槳結(jié)構(gòu)
    8.3 數(shù)值模擬
        8.3.1 幾何模型及網(wǎng)格劃分
        8.3.2 數(shù)值模擬方法
    8.4 固液懸浮特性分析
        8.4.1 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)
        8.4.2 軸向速度分布
        8.4.3 湍動(dòng)能分布
        8.4.4 固含率分布
        8.4.5 固體顆粒懸浮狀況
    8.5 流固耦合行為分析
        8.5.1 槳葉總變形量分析
        8.5.2 槳葉等效應(yīng)力分析
    8.6 錳礦浸出中試試驗(yàn)
        8.6.1 試驗(yàn)方法
        8.6.2 剛性槳錳礦浸出試驗(yàn)
        8.6.3 剛?cè)峤M合槳錳礦浸出試驗(yàn)
        8.6.4 錳礦浸出時(shí)間、浸出率及電耗分析
        8.6.5 經(jīng)濟(jì)效益分析
    8.7 本章小結(jié)
9 總結(jié)
    9.1 結(jié)論
    9.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    9.3 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄
    A.作者在攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄
    B.作者在攻讀博士學(xué)位期間申請(qǐng)的專利目錄
    C.作者在攻讀博士學(xué)位期間參加的科研目錄



本文編號(hào)：3690610