【摘要】：潛水攪拌機屬于新型高效的污水處理攪拌機械,在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等污水處理方面有著廣泛的應(yīng)用。隨著國家對環(huán)保與污水處理的高度重視,潛水攪拌機應(yīng)用行業(yè)得到了前所未有的拓展。為了探索潛水攪拌機設(shè)計理論、攪拌流體內(nèi)部流動機理以及流動規(guī)律,本文基于理論分析、物理實驗與數(shù)值模擬并重的研究方法,對潛水攪拌機進行了系統(tǒng)研究。本文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下： 1、首次推導(dǎo)了潛水攪拌機的水推力、轉(zhuǎn)矩、功率計算公式,得出了攪拌功率與攪拌機轉(zhuǎn)速的3次方呈正比,攪拌功率與攪拌流體密度呈正比,水推力與攪拌流體密度呈正比的結(jié)論；首次從理論角度推導(dǎo)出潛水攪拌機效率的估算公式,得出了潛水攪拌機效率與水推力的3/2次方呈正比,與葉輪直徑成反比,與葉輪轉(zhuǎn)速呈反比的關(guān)系,為潛水攪拌機葉片設(shè)計提供了理論依據(jù)。 2、對網(wǎng)格無關(guān)性進行了討論。比較分析了剛蓋假定、VOF模型、Wall壁面等三種水池自由液面的處理方法,通過計算值與實驗值的對比,綜合實際條件,最終選擇剛蓋假定處理水池自由液面,模擬計算較為合理。 3、針對不同形狀的水池,首次提出了單個或多個潛水攪拌機的最佳安裝方式,以獲得滿意的攪拌效果,對工程應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)價值。 4、結(jié)合四種不同型號潛水攪拌機的數(shù)值模擬計算結(jié)果,首次提出了潛水攪拌機攪拌流體流態(tài)屬于淹沒非自由湍流圓斷面旋動射流,且徑向壁面射流、沖擊射流相互影響,水池內(nèi)存在卷吸現(xiàn)象、附壁現(xiàn)象、旋渦現(xiàn)象；分別給出潛水攪拌機的軸向推進距離x,擾動半徑R的計算方式,提出水池與潛水攪拌機的匹配原理,填補了此類工程技術(shù)方面的理論空白�？偨Y(jié)出了流體沖出潛水攪拌機出口一定距離后,流速分布具有相似性,其滿足形式的關(guān)系；同時揭示出最大軸向速度沿軸向以雙曲線形式衰減的規(guī)律。 5、重點對WJ0.75-4-210潛水攪拌機攪拌的4000mm×1000mm×1500mm水池內(nèi)流體進行了詳細的定常和非定常數(shù)值模擬。首先,對水池內(nèi)流體進行定常計算,考察水池內(nèi)附壁效應(yīng)與旋渦現(xiàn)象,分析池內(nèi)流體軸向速度、徑向速度與周向速度沿徑向分布,分別研究葉輪區(qū)域的壓力場與速度場,葉輪出口的環(huán)量、軸面速度、軸向速度、徑向速度、周向速度,得出以下結(jié)論：水池內(nèi)流體為高雷諾數(shù)、湍流強度大的流體；水池內(nèi)流體經(jīng)由葉輪形成射流,流體軸向推進,徑向擴散；葉輪附近流體速度較大,池內(nèi)其他部位流體速度較��；池面與池底的流體速度場為雙拋物線分布,水池中部攪拌機安裝截面附近流體速度為拋物線分布；水池內(nèi)流體流場附壁效應(yīng)現(xiàn)象明顯,池內(nèi)形成了大尺度的旋渦以及Λ型渦結(jié)構(gòu),還有很多小尺度的渦,流動非常復(fù)雜,這些均與理論分析相互驗證。接著,對水池內(nèi)流體進行非定常計算,考察葉輪進口、葉輪內(nèi)以及葉輪出口壓力脈動的幅域、時域和頻域。從而揭示了WJ0.75-4-210潛水攪拌機攪拌流場的流動機理與流動規(guī)律,為深入研究潛水攪拌機設(shè)計制造的關(guān)鍵技術(shù)奠定了一定基礎(chǔ)。 6、首次采用兩種方法對潛水攪拌機攪拌流場進行了測試,一種是利用流速儀測試全流場；另一種是利用PIV測試局部流場。測試結(jié)果充分證明了前面章節(jié)總結(jié)的潛水攪拌機攪拌流體特性及攪拌流場規(guī)律的可靠性。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：X703.3

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本文編號：2642697