低雷诺数下双层WH桨搅拌槽内流场的PIV研究

论文摘要

搅拌反应器被广泛应用于化工、食品和制药等过程工业中,已有的研究多集中在对湍流状态的研究。但在实际生产过程中,当物料粘度较高时,搅拌反应器内的流动往往呈现为过渡流态,有时甚至为层流流动状态,目前对过渡流和层流状态下的流动特性研究较少。本文在槽径为335mm的双层WH桨搅拌槽中,采用PIV技术对过渡流状态下雷诺数、离底距离、层间距对流动特性的影响进行了实验研究。考察了雷诺数分别为900、1800和2400情况下的流动特性,发现雷诺数的变化对过渡流态下流动特性的影响很小,雷诺数的变化几乎没有改变流型和速度分布。离底距离的改变主要影响槽底附近流型和速度分布,没有对底桨上方流动带来明显影响。随着离底距离的增加,槽底附近区域流体的轴向平均速度下降,同时槽底区域出现了一个新的较微弱的循环,这对搅拌槽内整体循环是不利的。层间距的变化对过渡流态下流动特性有明显影响。以C2=0.45T为临界层间距,C2=0.3T、0.4T时,双层WH桨搅拌槽内形成一个整体循环；C2=0.5T时,搅拌槽内形成两个以各自桨叶为中心的循环。除此之外,层间距的变化还对全槽范围内的速度分布带来明显影响,层间距的增加大大降低了两桨间循环区域的流速,但同时使槽底附近的流动速度有所增加。混合时间的实验表明,层间距的增加使两桨间相互作用减弱。这使得层间距从0.3T增加到0.45T时,混合时间随层间距的增加而延长,而在C2=0.5T时,受两层桨的流动完全分离的影响,槽底区域流体与上方流体交换较差,此时混合时间大大延长。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 1.1 搅拌槽内桨叶混合作用
• 1.1.1 径向流搅拌桨的混合特点
• 1.1.2 轴流式搅拌桨的混合特点
• 1.1.3 多层桨（组合桨）的混合特点
• 1.1.4 搅拌桨性能的评价
• 1.2 多层搅拌桨流动特性的研究
• 1.2.1 流型特征
• 1.2.2 平均速度
• 1.3 流场的测量
• 1.3.1 流场的测量方法
• 1.3.2 流场测量手段的发展
• 1.3.3 PIV在混合搅拌领域的应用
• 1.3.4 搅拌槽内流场的数值模拟
• 1.4 搅拌槽内单相流场的测量研究
• 1.4.1 层流
• 1.4.2 过渡流
• 1.4.3 湍流
• 第二章 实验装置及方法
• 2.1 搅拌装置
• 2.2 打漩现象与挡板设计
• 2.2.1 搅拌槽内的打漩现象
• 2.2.2 挡板的设计
• 2.3 搅拌桨
• 2.4 功率准数的研究
• 2.4.1 功率准数的定义
• 2.4.2 测量方法
• 2.4.3 用途与意义
• 2.5 粒子图像测速（PIV）测试系统
• 2.5.1 PIV装置及实验操作步骤
• 2.5.2 二维PIV的原理
• 2.5.3 PIV系统操作注意事项
• 第三章 双层WH桨搅拌槽内流动特性的实验研究
• 3.1 功率准数的测定实验
• 3.1.1 实验条件
• 3.1.2 实验结果
• 3.2 雷诺数对流动特性的影响
• 3.2.1 实验条件
• 3.2.2 雷诺数对流型的影响
• 3.2.3 雷诺数对速度分布的影响
• 3.3 离底距离对流动特性的影响
• 3.3.1 实验条件
• 3.3.2 离底距离对流型的影响
• 3.3.3 离底距离对速度分布的影响
• 3.3.4 小结
• 3.4 层间距对流动特性的影响
• 3.4.1 实验条件
• 3.4.2 层间距对流型的影响
• 3.4.3 层间距对速度分布的影响
• 3.4.4 层间距对桨叶间速度分布的影响
• 3.4.5 层间距对槽底区域速度分布的影响
• 3.4.6 小结
• 3.5 混合时间的测定实验
• 3.5.1 实验条件
• 3.5.2 层间距对混合时间的影响
• 第四章 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 发表及已接受的论文
• 导师与作者简介