Y型刚柔组合桨流场特性的流固耦合数值模拟研究
发布时间：2021-02-10 11:31
搅拌设备是石化行业中常用的设备之一,并且如何提高搅拌效果也一直是这一行业专家学者谈论的重要问题,对于提高搅拌效果的主要方式有很多,常见的方式有往复搅拌、射流搅拌以及柔性桨等方式。然而有学者发现在低雷诺数下桨叶上下会产生混合隔离区（Isolated Mixing Region）,隔离区中的流体混合效果极差,对搅拌釜中流体的混合极为不利。利用仿生学原理研制了一种Y型刚柔组合搅拌桨,利用数值模拟软件ANSYS中的Fluent模块和Transient Structural模块分别对装有Y型刚柔组合搅拌桨的搅拌釜的流体和搅拌桨以及这两者之间的互相作用分别进行了计算流体力学数值模拟、有限元分析以及流固耦合数值模拟,并与普通的刚性桨搅拌釜进行了对比研究,结果表明,刚柔搅拌桨搅拌釜的搅拌效果明显好于刚性搅拌桨搅拌釜。在此处基础上,对刚柔搅拌桨搅拌釜的内角、外角和刚柔组合桨柔性结构长度对搅拌效果的影响进行了研究,结果表明:随Y型刚柔组合桨的内角的减小,搅拌效果略有提升,但是效果不明显,功率消耗却有所增大;随Y型刚柔组合桨的外角的增大,搅拌效果提升较明显,功率消耗也有所增大;当内角与外角相等时轴功率最小,...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及目的
1.2 搅拌设备简介
1.2.1 搅拌设备工作原理
1.2.2 搅拌桨的分类及常用搅拌浆
1.3 刚柔组合搅拌浆的研究现状
1.3.1 混沌混合研究发展
1.3.2 刚柔组合搅拌桨的研究发展现状
1.4 研究内容
第二章 流固耦合数值模拟理论研究
2.1 计算流体力学
2.1.1 计算流体力学的发展
2.1.2 计算模型及网格离散化
2.1.3 数学模型
2.1.4 动态网格划分方法
2.2 有限元理论
2.2.1 有限元法
2.2.2 搅拌桨模型建立与离散化
2.2.3 数学模型
2.3 流固耦合求解方法
2.3.1 流固耦合求解方法
2.3.2 数学模型
2.3.3 流固耦合模块
2.4 功率特性
2.5 混合时间
2.6 本章小结
第三章 数值模拟方法
3.1 模拟策略
3.1.1 模型建立及网格划分
3.1.2 流体设置
3.1.3 固体设置
3.1.4 耦合设置
3.2 数值模拟方法验证
3.3 本章小结
第四章 Y型刚柔组合搅拌桨单相流固耦合数值模拟分析
4.1 引言
4.2 刚柔组合桨与普通的刚性桨的搅拌性能对比研究
4.3 内角对刚柔组合搅拌桨搅拌性能的影响研究
4.4 外角对刚柔组合搅拌桨搅拌性能的影响研究
4.5 柔性长度对刚柔组合搅拌桨搅拌性能的影响研究
4.6 本章小结
第五章 Y型刚柔组合搅拌桨两相流固耦合数值模拟分析
5.1 引言
5.2 液液两相混合性能分析
5.3 气液两相液面下凹情况对比分析
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的论文、专利
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性Rushton搅拌桨的功耗与流场特性研究[J]. 杨锋苓,张翠勋,苏腾龙. 化工学报. 2020(02)
[2]刚柔组合桨强化粉煤灰酸浸搅拌槽内固液混沌混合[J]. 熊黠,刘作华,谷德银,邱发成,王靓,陶长元,王运东. 化工学报. 2019(05)
[3]柔性螺旋桨非定常流场及结构动态响应数值计算[J]. 丁永乐,宋保维,王鹏. 哈尔滨工程大学学报. 2019(03)
[4]计算流体力学的发展及应用研究[J]. 王兵波,刘海力. 南方农机. 2018(09)
[5]搅拌槽内气液两相混沌混合及分散特性[J]. 谷德银,刘作华,张姬一哲,邱发成,李军,陶长元,王运东. 化工学报. 2018(02)
[6]计算流体力学的发展探究[J]. 杨楠山,史立地,张月. 科技经济导刊. 2017(14)
[7]新型挡板对搅拌特性的影响研究[J]. 周三平,蔡婵,谷平. 化工技术与开发. 2017(03)
[8]刚柔组合搅拌桨强化流体混合的流固耦合行为[J]. 朱俊,周政霖,刘作华,郑雄攀,刘仁龙,陶长元,王运东. 化工学报. 2015(10)
[9]刚柔组合搅拌桨增强混合澄清槽内流体宏观不稳定性[J]. 刘作华,唐巧,王运东,孙瑞祥,郑雄攀,陶长元. 化工学报. 2014(01)
[10]多相传质过程中的Marangoni效应[J]. 汪洋,陈杰,王智慧,杨超,毛在砂. 化工学报. 2013(01)
硕士论文
[1]柔性桨流场特性的流固耦合数值模拟和实验研究[D]. 苏腾龙.山东大学 2018
[2]刚—柔组合桨强化高粘度固液两相流体混合的研究[D]. 杨鲜艳.重庆大学 2014
[3]柔性叶片水轮机流体动力特性数值模拟研究[D]. 赵龙武.中国海洋大学 2009
[4]搅拌槽内固-液悬浮的数值模拟[D]. 钟丽.北京化工大学 2003
本文编号：3027287
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及目的
1.2 搅拌设备简介
1.2.1 搅拌设备工作原理
1.2.2 搅拌桨的分类及常用搅拌浆
1.3 刚柔组合搅拌浆的研究现状
1.3.1 混沌混合研究发展
1.3.2 刚柔组合搅拌桨的研究发展现状
1.4 研究内容
第二章 流固耦合数值模拟理论研究
2.1 计算流体力学
2.1.1 计算流体力学的发展
2.1.2 计算模型及网格离散化
2.1.3 数学模型
2.1.4 动态网格划分方法
2.2 有限元理论
2.2.1 有限元法
2.2.2 搅拌桨模型建立与离散化
2.2.3 数学模型
2.3 流固耦合求解方法
2.3.1 流固耦合求解方法
2.3.2 数学模型
2.3.3 流固耦合模块
2.4 功率特性
2.5 混合时间
2.6 本章小结
第三章 数值模拟方法
3.1 模拟策略
3.1.1 模型建立及网格划分
3.1.2 流体设置
3.1.3 固体设置
3.1.4 耦合设置
3.2 数值模拟方法验证
3.3 本章小结
第四章 Y型刚柔组合搅拌桨单相流固耦合数值模拟分析
4.1 引言
4.2 刚柔组合桨与普通的刚性桨的搅拌性能对比研究
4.3 内角对刚柔组合搅拌桨搅拌性能的影响研究
4.4 外角对刚柔组合搅拌桨搅拌性能的影响研究
4.5 柔性长度对刚柔组合搅拌桨搅拌性能的影响研究
4.6 本章小结
第五章 Y型刚柔组合搅拌桨两相流固耦合数值模拟分析
5.1 引言
5.2 液液两相混合性能分析
5.3 气液两相液面下凹情况对比分析
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的论文、专利
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性Rushton搅拌桨的功耗与流场特性研究[J]. 杨锋苓,张翠勋,苏腾龙. 化工学报. 2020(02)
[2]刚柔组合桨强化粉煤灰酸浸搅拌槽内固液混沌混合[J]. 熊黠,刘作华,谷德银,邱发成,王靓,陶长元,王运东. 化工学报. 2019(05)
[3]柔性螺旋桨非定常流场及结构动态响应数值计算[J]. 丁永乐,宋保维,王鹏. 哈尔滨工程大学学报. 2019(03)
[4]计算流体力学的发展及应用研究[J]. 王兵波,刘海力. 南方农机. 2018(09)
[5]搅拌槽内气液两相混沌混合及分散特性[J]. 谷德银,刘作华,张姬一哲,邱发成,李军,陶长元,王运东. 化工学报. 2018(02)
[6]计算流体力学的发展探究[J]. 杨楠山,史立地,张月. 科技经济导刊. 2017(14)
[7]新型挡板对搅拌特性的影响研究[J]. 周三平,蔡婵,谷平. 化工技术与开发. 2017(03)
[8]刚柔组合搅拌桨强化流体混合的流固耦合行为[J]. 朱俊,周政霖,刘作华,郑雄攀,刘仁龙,陶长元,王运东. 化工学报. 2015(10)
[9]刚柔组合搅拌桨增强混合澄清槽内流体宏观不稳定性[J]. 刘作华,唐巧,王运东,孙瑞祥,郑雄攀,陶长元. 化工学报. 2014(01)
[10]多相传质过程中的Marangoni效应[J]. 汪洋,陈杰,王智慧,杨超,毛在砂. 化工学报. 2013(01)
硕士论文
[1]柔性桨流场特性的流固耦合数值模拟和实验研究[D]. 苏腾龙.山东大学 2018
[2]刚—柔组合桨强化高粘度固液两相流体混合的研究[D]. 杨鲜艳.重庆大学 2014
[3]柔性叶片水轮机流体动力特性数值模拟研究[D]. 赵龙武.中国海洋大学 2009
[4]搅拌槽内固-液悬浮的数值模拟[D]. 钟丽.北京化工大学 2003
本文编号：3027287
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