【摘要】：攪拌與混合作為各工業(yè)中的基本單元操作,廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)藥、廢水處理等行業(yè)中。攪拌槳不同的結(jié)構(gòu)形式直接決定了攪拌流場(chǎng)的特性、攪拌效果和混合效果等。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),由于柔性攪拌槳的材料性能不同,在攪拌過(guò)程中流固耦合的作用較強(qiáng),使得柔性攪拌槳在流體的攪拌與混合過(guò)程中有一定的優(yōu)勢(shì)。本課題以此為基礎(chǔ),以傳統(tǒng)六直葉圓盤渦輪攪拌槳和柔性葉片六直葉圓盤渦輪攪拌槳(通過(guò)用同等尺寸的橡膠材料葉片代替原始剛性葉片而獲得)為研究對(duì)象,通過(guò)平面激光誘導(dǎo)熒光(PLIF)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和CFD數(shù)值模擬研究,對(duì)比分析兩種槳的混合特性;并且通過(guò)無(wú)限扭矩測(cè)試技術(shù)對(duì)柔性攪拌槳葉的微應(yīng)變特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)對(duì)PLIF實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù),包括熒光劑濃度分布圖,熒光劑各濃度值占比直方圖等的對(duì)比,分析了兩種攪拌槳在以水為介質(zhì)的攪拌槽中的混合特性。結(jié)果表明,隨著轉(zhuǎn)速的增加,混合時(shí)間的數(shù)值是在逐漸變小的。柔性槳攪拌作用下的混合時(shí)間較小,且熒光劑擴(kuò)散至近液面處(P4)以及攪拌槽底部(P1)的時(shí)間較短。柔性攪拌槳可以更快的將熒光劑分散在攪拌槽中,且攪拌槽內(nèi)的混合均勻程度及混合速度均優(yōu)于剛性攪拌槳,具有更高的混合效率。通過(guò)CFD數(shù)值模擬對(duì)兩種槳在不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的混合時(shí)間和示蹤劑濃度分布情況進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明,示蹤劑濃度隨時(shí)間的響應(yīng)曲線均是先上升后下降的趨勢(shì),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的波動(dòng)后再逐漸趨于平衡。在靠近攪拌槳邊緣處的監(jiān)測(cè)點(diǎn)得到的混合時(shí)間相對(duì)較小,在遠(yuǎn)離攪拌槳邊緣處測(cè)得的混合時(shí)間相對(duì)較大。這與實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的規(guī)律一致�；旌蠒r(shí)間的大小與濃度曲線的波動(dòng)程度與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置選取有關(guān)。在轉(zhuǎn)速一定,攪拌介質(zhì)不同的情況下混合時(shí)間大小相差不大,不同之處在于濃度曲線的波動(dòng)程度。在z=30mm,z=100mm,z=170mm三個(gè)平面內(nèi),柔性攪拌槳槽內(nèi)的示蹤劑分布情況優(yōu)于剛性攪拌槳,z=240 mm平面內(nèi)剛性攪拌槳的示蹤劑濃度值更高,但柔性攪拌槳槽內(nèi)的示蹤劑分布更加靠近攪拌槽中心線處。最后通過(guò)無(wú)限扭矩測(cè)試技術(shù)測(cè)得柔性攪拌槳在攪拌過(guò)程中的應(yīng)變變化規(guī)律。主要獲得的結(jié)論如下:柔性攪拌槳葉在攪拌過(guò)程中的應(yīng)變隨時(shí)間變化曲線類似于正弦曲線,圍繞著某一數(shù)值(應(yīng)變均值)上下浮動(dòng),且應(yīng)變的均值隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大。應(yīng)變最值和均值隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律基本相近,均隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大,證明隨著轉(zhuǎn)速的增加,流體與槳葉之間的相互作用是不斷增強(qiáng)的;而應(yīng)變的波動(dòng)范圍在較低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)是隨著攪拌轉(zhuǎn)速的增加而增大的,但是當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)2 r/s時(shí),波動(dòng)幅度會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小。
【圖文】：

得到了廣泛的應(yīng)用［３４］。逡逑平面激光誘導(dǎo)熒光技術(shù)的測(cè)量原理是利用激光的激發(fā)下熒光物質(zhì)吸收光子逡逑后，會(huì)由基態(tài)躍遷之后再返回基態(tài)，返回的過(guò)程中產(chǎn)生熒光，如圖１．１所示。逡逑＾邋ＩＭＢＣＳｉＯＡＯｌ逡逑？々遵邋ｔｇＭ逡逑Ｔ邋—逡逑Ｏｐｔａｔ逡逑Ｆｌｏ？一邋’邋＼邐／邐＼逡逑／逡逑（邐０Ｍ？邐Ｏｍｉｍ逡逑■．一？邋＜逡逑ｉｊｙ邋｜邋ｖＨ｜｜逡逑圖１．１邋ＰＩＶ／ＰＬＩＦ測(cè)試技術(shù)原理圖逡逑在加入熒光劑后，流體的混合過(guò)程中，拍攝區(qū)域內(nèi)某一點(diǎn)的熒光強(qiáng)度和熒光逡逑劑的濃度之間的關(guān)系式如式１－１所示：逡逑／：／＞＿＃邋（Ｍ）逡逑４逡逑

對(duì)高黏度流體，固－液混合體系的攪拌混合效果進(jìn)行改善等。逡逑其中關(guān)于六直葉渦輪槳研究有很多。２０１３年［５７］，采用酸－堿中和脫色法測(cè)定逡逑了如圖１．２所示的剛性六直葉渦輪槳和三種柔性材料的六直葉渦輪柔性槳的混合逡逑時(shí)間；采用扭矩傳感器測(cè)定了扭矩并計(jì)算出攪拌功率數(shù)值，，得出剛?cè)峤M合槳的混逡逑合效率較高。逡逑眷贊逡逑（ａ）剛性六直葉圓攪拌槳邐（ｂ）剛?cè)峤M合六直葉攪拌槳逡逑圖１．２攪拌槳結(jié)構(gòu)圖逡逑劉作華等＠采用酸－堿中和脫色法，對(duì)如圖１．３所示的四種攪拌槳的混合時(shí)逡逑間進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明，柔性攪拌槳可以破壞混合隔離區(qū)，并有效的縮短混合逡逑７逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ051.72

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本文編號(hào)：2641014