本文關(guān)鍵詞：氣液攪拌反應(yīng)器內(nèi)流固耦合實驗研究

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【摘要】：氣液攪拌反應(yīng)器中,流場的不穩(wěn)定性波動造成攪拌槳上流體力的不對稱,同時氣體的直接沖擊還可致使攪拌軸發(fā)生振動,這些都會導(dǎo)致攪拌槳軸發(fā)生偏擺。偏擺的攪拌槳軸反作用于流場,加劇了流體力的不對稱性,進(jìn)而激發(fā)攪拌槳軸發(fā)生更大的側(cè)向擺動,這種相互作用稱為流固耦合(FSI, Fluid-Structure Interaction)。流固耦合作用將導(dǎo)致攪拌軸端部承受交變的彎矩和扭矩,極易導(dǎo)致攪拌軸疲勞失效。本文利用高精度力矩傳感器,對一系列典型的軸向流和徑向流攪拌槳在不同轉(zhuǎn)速和通氣量下攪拌軸端部彎矩和扭矩信息進(jìn)行采集,研究了通氣量和轉(zhuǎn)速對氣液攪拌反應(yīng)器內(nèi)流固耦合作用的影響,主要包括通氣量和轉(zhuǎn)速對攪拌槳扭矩幅值平均值、扭矩幅值分布、彎矩幅值平均值、彎矩幅值分布、彎矩波動特性、彎矩頻率特性和聯(lián)合力矩等參數(shù)的影響。軸流槳型包括上提和下壓操作的PBT槳,徑流槳則為四種葉片曲率不同的圓盤式渦輪槳(RT、CD、HEDT及PDT)。研究結(jié)果表明,軸流槳和徑流槳的彎矩幅值均符合Weibull分布,扭矩幅值則隨通氣量增大呈現(xiàn)由接近正態(tài)分布向典型雙峰分布過渡的趨勢。扭矩和彎矩幅值平均值變化規(guī)律受槳型和載氣方式的影響。軸流槳中,上提操作的PBT槳的相對扭矩平均值和相對彎矩平均值都隨通氣量的增加而平滑下降,而下壓操作的PBT槳的相對扭矩平均值隨通氣量增大呈現(xiàn)緩慢下降、快速下降和緩慢上升的階段式變化并存在一個極小值,該槳相對彎矩平均值同樣呈現(xiàn)升-降-升三段式變化。四種徑流槳的相對扭矩都隨通氣量增大而整體呈下降趨勢。RT、CD和PDT槳相對彎矩隨通氣量增加呈現(xiàn)上升、下降和再次上升的三段式變化。HEDT槳相對彎矩隨通氣量增大整體呈上升趨勢,中間存在升降趨勢的波動,但波動較不明顯。在對研究中的各類槳型進(jìn)行頻譜分析時發(fā)現(xiàn),PBT和四種徑流槳的彎矩頻率中轉(zhuǎn)速頻率和宏觀低頻都較為突出。對于渦輪槳,彎矩頻率中宏觀低頻所占比例隨通氣量增加而增加,且葉片曲率越小,攪拌槽內(nèi)流場宏觀不穩(wěn)定性越容易受通氣量影響。
【關(guān)鍵詞】：氣液攪拌反應(yīng)器 流固耦合 彎矩 功率譜密度
【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】：TQ052
【目錄】：

• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 符號說明13-15
• 第一章 文獻(xiàn)綜述15-25
• 1.1 課題研究背景及意義15-16
• 1.2 攪拌反應(yīng)器內(nèi)流體力學(xué)研究16-19
• 1.2.1 宏觀流型研究16-18
• 1.2.2 湍流特性研究18-19
• 1.3 攪拌反應(yīng)器內(nèi)結(jié)構(gòu)力學(xué)研究19-21
• 1.4 攪拌反應(yīng)器內(nèi)流固耦合研究21-23
• 1.5 本論文研究內(nèi)容23-25
• 第二章 攪拌反應(yīng)器內(nèi)流固耦合實驗研究25-43
• 2.1 理論基礎(chǔ)25-29
• 2.1.1 通用計算公式26
• 2.1.2 固有頻率和臨界轉(zhuǎn)速計算26-28
• 2.1.3 力矩測量原理28-29
• 2.2 實驗方案29-43
• 2.2.1 實驗裝置29-31
• 2.2.2 實驗設(shè)備參數(shù)31-38
• 2.2.3 數(shù)據(jù)采集方案38-41
• 2.2.4 實驗步驟41-43
• 第三章 不同操作方式的軸流槳的流固耦合作用43-59
• 3.1 扭矩43-47
• 3.1.1 扭矩幅值平均值特性43-46
• 3.1.2 扭矩幅值分布規(guī)律46-47
• 3.2 彎矩47-59
• 3.2.1 彎矩幅值分布特性47-50
• 3.2.2 彎矩幅值平均值特性50-52
• 3.2.3 彎矩幅值波動特性52-54
• 3.2.4 彎矩頻率特性54-57
• 3.2.5 聯(lián)合力矩特性57-59
• 第四章 不同形式徑流槳的流固耦合作用59-73
• 4.1 扭矩59-61
• 4.1.1 扭矩幅值平均值特性59-60
• 4.1.2 扭矩幅值分布規(guī)律60-61
• 4.2 彎矩61-73
• 4.2.1 彎矩幅值分布特性61-63
• 4.2.2 彎矩幅值平均值特性63-66
• 4.2.3 彎矩幅值波動特性66-69
• 4.2.4 彎矩頻率特性69-71
• 4.2.5 聯(lián)合力矩特性71-73
• 第五章 結(jié)論73-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 致謝81-83
• 研究成果及學(xué)術(shù)獎勵83-85
• 作者和導(dǎo)師簡介85-87
• 附件87-89

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本文編號：600939