帶有明顯屈服應(yīng)力的假塑性流體是非牛頓流體的一種,除了具有較高的粘度之外,還表現(xiàn)出復(fù)雜的流變性,比如剪切稀化行為和帶有初始屈服應(yīng)力等。這類流體在進(jìn)行混合操作時,在攪拌槳附近會形成洞穴,洞穴內(nèi)部流體充分流動,混合均勻,但在槳葉之外的主流區(qū)流體卻處于停滯或緩慢流動狀態(tài),這將極大影響混合效率并可能伴隨副產(chǎn)品的產(chǎn)生。為此,本文以錯位六彎葉渦輪槳為研究對象,采用數(shù)值模擬與實驗驗證相結(jié)合的方法,針對其在假塑性流體中的洞穴效應(yīng)和演化規(guī)律進(jìn)行研究,為高效攪拌裝置的研究和應(yīng)用提供理論參考。本文首先利用流變儀對不同濃度的黃原膠水溶液的流變參數(shù)進(jìn)行測試,結(jié)果表明,其切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系符合Herschel-Bulkley模型,進(jìn)一步通過非線性擬合的方法獲得了模型中各項參數(shù)的值,為后續(xù)粘度模型的建立提供了數(shù)據(jù)支撐。為檢驗所建立層流模型的正確性,從功耗與流場結(jié)構(gòu)兩個方面對模擬結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)CFD模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)能很好地吻合,說明通過本文建立的層流模型獲得的結(jié)果是可靠的。通過研究黃原膠水溶液表觀粘度在攪拌槽徑向的變化規(guī)律,提出了確定洞穴邊界的新方法——屈服粘度法,即洞穴邊界處流體的粘度值應(yīng)為流體屈服粘度的25%。進(jìn)一步研究表明,屈服粘度法不受轉(zhuǎn)速和槳型的影響,預(yù)測的洞穴邊界準(zhǔn)確度更高,更能體現(xiàn)邊界的發(fā)展趨勢,并且在高轉(zhuǎn)速下也不會失真,與速度法相比具有明顯優(yōu)越性�；谳S向力洞穴模型,建立了心形洞穴模型來預(yù)測流場中的洞穴,并將各模型的預(yù)測結(jié)果與CFD模擬獲得的洞穴形狀進(jìn)行了比較。對比發(fā)現(xiàn),在較低雷諾數(shù)時,心形模型確定的邊界曲線與CFD結(jié)果最接近,圓柱形模型忽略了洞穴頂部過渡段和底部的特殊變化,球形模型預(yù)測的洞穴過大,而環(huán)形模型預(yù)測結(jié)果明顯偏小;在雷諾數(shù)逐漸增大時,心形模型始終保持著對洞穴邊界預(yù)測的準(zhǔn)確性,邊界曲線能與CFD模擬曲線很好的吻合,圓柱形模型對洞穴的預(yù)測逐漸偏小,球形模型對洞穴的預(yù)測始終偏大且過早的估計了邊界的觸壁時間,而環(huán)形模型對洞穴的預(yù)測過小,此時更適于描述洞穴的核心區(qū)。
【學(xué)位單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O373
【部分圖文】：

性緊密相關(guān)，實驗表明槳葉中決定攪拌過程能耗和流葉分為軸向流攪拌器、徑場特性，通過葉輪的旋轉(zhuǎn)將液體與軸垂直的方向）排出，流攪拌器葉輪端部的射流區(qū)以一定的小角度向上偏移槳葉端部逐漸增大，并在動以徑向為主，徑向速度速度較小[18]。

圖 1-2 六彎葉開啟渦輪式攪拌器 圖 1-3 錯位六彎葉開啟渦輪式攪拌槳Fig.1-2 Impeller of six-bent-bladed turbine Fig.1-3 Impeller of perturbed six-bent-bladed turbi6BT 槳與 6PBT 槳的流場結(jié)構(gòu)如圖 1-4 所示，與 6BT 攪拌器相比，6PBT 拌器的剪切性能得到了較大的提高，6PBT 槳將原來處于同一平面的六個槳葉替上下錯位，可對流體產(chǎn)生持續(xù)擾動，使流體處于非周期性運動狀態(tài)，誘發(fā)整的混沌流，消除混合隔離區(qū)。由圖 1-4 可以看出，6PBT 傾斜的排出方式，打破6BT 槳的對稱雙渦環(huán)流場結(jié)構(gòu)，左右渦心形狀、位置均不相同，更利于假塑性體的充分混合[20]。

圖 1-2 六彎葉開啟渦輪式攪拌器 圖 1-3 錯位六彎葉開啟渦輪式攪拌槳Fig.1-2 Impeller of six-bent-bladed turbine Fig.1-3 Impeller of perturbed six-bent-bladed turbi6BT 槳與 6PBT 槳的流場結(jié)構(gòu)如圖 1-4 所示，與 6BT 攪拌器相比，6PBT 拌器的剪切性能得到了較大的提高，6PBT 槳將原來處于同一平面的六個槳葉替上下錯位，可對流體產(chǎn)生持續(xù)擾動，使流體處于非周期性運動狀態(tài)，誘發(fā)整的混沌流，消除混合隔離區(qū)。由圖 1-4 可以看出，6PBT 傾斜的排出方式，打破6BT 槳的對稱雙渦環(huán)流場結(jié)構(gòu)，左右渦心形狀、位置均不相同，更利于假塑性體的充分混合[20]。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2852629