假塑性流体搅拌流场混沌特征及混合特性
发布时间：2021-04-10 04:16
假塑性流体作为非牛顿流体的重要组成部分,在生化、纸桨、化妆品、聚合物等工业生产中发挥着重要的作用。研究不同搅拌桨的搅拌流场混沌特征及混合搅拌特性对搅拌桨型的优化改进以及对工业化生产过程中的节约能源利用具有重要的意义。本文运用Standard k-ε湍流模型和power-law流变模型对假塑性流体（黄原胶溶液）进行流场混沌特性数值模拟分析和混合特性分析。为了验证数值模拟方法的正确性,采用PIV实验的流场结构和搅拌槽内不同高度处的速度大小与数值模拟得出的流场结构和速度大小进行对比。对假塑性流体进行数值模拟分析,得出的主要结论如下:（1）在搅拌流场中6PBT搅拌桨的搅拌涡心上下左右均呈不对称的结构而6BT桨的涡心上下左右均对称,6PBT桨的的桨叶尖端的流体呈倾斜方向排出,6BT桨桨叶尖端的流体呈水平方向排出;在相同的搅拌转速下在槽内高度相同时6PBT桨搅拌的流场速度比6BT桨的速度大,6PBT桨的切应变速率要比6BT桨的切应变速率要高。（2）随着搅拌转速的增大6PBT桨与6BT桨涡心位置的变化规律均沿径向向搅拌槽壁的方向移动;改变假塑性流体的流变指数搅拌桨的涡心位置并没有发生明显改变,搅拌桨...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纯粘性流体的流变图
假塑性流体搅拌流场混沌特征及混合特性4以类似于直线的方式在圆环中运动。搅拌槽内流体混合隔离区如图1-2所示。这些以直线方式只限制在圆环内运动，稍有变形，阻碍了流体的混合，使整个搅拌流动区域的混合效果大大降低，这些混合隔离区形成的面成为KAM环面。目前破坏隔离区增大混合效果的方法从运动方式入手主要有变速搅拌、偏心搅拌；从搅拌器的结构入手，如改变搅拌器叶片的数目，改变目前的搅拌器结构，形成新的搅拌器几何结构，使叶轮形成的涡形使隔离区不断遭到破坏从而使混合效果得到增强。图1-2搅拌槽内流体混合隔离区Fig.1-2Themixingisolationzoneinthemixingtank1.2.4搅拌假塑性流体模拟研究目前针对搅拌釜流体的数值模拟主要是以牛顿流体为主，由于非牛顿流体本身复杂的流变特性，国内外学者研究的比较少，对假塑性流体的数值模拟研究还要进一步待探索和完善。栾欣欣[17]分别对最大叶片式桨、泛能式桨和三层六直叶涡轮桨搅拌黄原胶进行数值模拟得出在相同的单位体积功耗下，泛能式搅拌桨混合时间最短，最大叶片桨次之，六直叶混合时间最长。Metzner[18]通过对牛顿流体的功率数和雷诺数的相互关联式的广义形式用于探讨黄原胶在层流和过度流之间的功率消耗与雷诺数的关系，并指出剪切速率仅与桨转速有关是不完善的。Luan[19]等运用对6PBT桨进行数值模拟提出了一种心形模型用来确定洞穴边界浓度的测定方法，将粘度剪切速率曲线从沿着中心轴向槽壁的方向变为幂函数曲线的过渡点的位置确定洞穴边界，此时对应的粘度为洞穴边界浓度。Houari[20]对比分析了弯曲叶片式叶轮和在弯曲叶片叶轮中间开孔和尖端开孔在黄原胶溶液中的搅拌功率的大小，结果表明在弯曲叶片式叶轮的中间开孔和尖端开孔分别比在无开孔弯曲叶片式叶轮搅拌功率降低了
假塑性流体搅拌流场混沌特征及混合特性61—电机2—减速器3—加料管4—搅拌轴5—夹层6—搅拌槽7—搅拌器图1-3搅拌釜装置示意图Fig.1-3Thesketchmapofstirredtankdevice搅拌器是搅拌装置最主要的部件，由电动机、联轴器、转轴以及搅拌桨构成。搅拌桨通过外加电源驱动电动机带动搅拌桨运动。搅拌桨的叶片形态对搅拌物料的混合程度、物料间的化学反应效率、搅拌的流动形态具有决定性作用。按照搅拌桨的运动方式以及搅拌桨的形状可将搅拌状态的流动形态一般分为径向流搅拌器、轴向流搅拌器。图1-4径向流搅拌器流场Fig.1-4Theflowfieldofradialflowmixer径向流搅拌器的流体由搅拌叶轮的尖端射流流出，流体碰到搅拌槽内壁后分成上下两部分，分成的两部分流体返回桨叶端部。典型的径向流搅拌器主要有涡轮式、平直叶式和三叶后掠式。径向流搅拌器的剪切力大，分散能力较强，转速较高，因此特别适用于具有剪切稀化的假塑性流体的搅拌。径向流搅拌器流场示意图如图1-4所示。栾德玉[30]将六弯叶桨的桨叶上下错位并命名为错位六弯叶桨，叶轮尖端的排出方式由原来的叶轮水平方向排出变成形成一定角度的倾斜方式排出，整体流型形成上下四个不对称的流场的涡心结构进而有效消除了搅拌隔离
本文编号：3128940
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纯粘性流体的流变图
假塑性流体搅拌流场混沌特征及混合特性4以类似于直线的方式在圆环中运动。搅拌槽内流体混合隔离区如图1-2所示。这些以直线方式只限制在圆环内运动，稍有变形，阻碍了流体的混合，使整个搅拌流动区域的混合效果大大降低，这些混合隔离区形成的面成为KAM环面。目前破坏隔离区增大混合效果的方法从运动方式入手主要有变速搅拌、偏心搅拌；从搅拌器的结构入手，如改变搅拌器叶片的数目，改变目前的搅拌器结构，形成新的搅拌器几何结构，使叶轮形成的涡形使隔离区不断遭到破坏从而使混合效果得到增强。图1-2搅拌槽内流体混合隔离区Fig.1-2Themixingisolationzoneinthemixingtank1.2.4搅拌假塑性流体模拟研究目前针对搅拌釜流体的数值模拟主要是以牛顿流体为主，由于非牛顿流体本身复杂的流变特性，国内外学者研究的比较少，对假塑性流体的数值模拟研究还要进一步待探索和完善。栾欣欣[17]分别对最大叶片式桨、泛能式桨和三层六直叶涡轮桨搅拌黄原胶进行数值模拟得出在相同的单位体积功耗下，泛能式搅拌桨混合时间最短，最大叶片桨次之，六直叶混合时间最长。Metzner[18]通过对牛顿流体的功率数和雷诺数的相互关联式的广义形式用于探讨黄原胶在层流和过度流之间的功率消耗与雷诺数的关系，并指出剪切速率仅与桨转速有关是不完善的。Luan[19]等运用对6PBT桨进行数值模拟提出了一种心形模型用来确定洞穴边界浓度的测定方法，将粘度剪切速率曲线从沿着中心轴向槽壁的方向变为幂函数曲线的过渡点的位置确定洞穴边界，此时对应的粘度为洞穴边界浓度。Houari[20]对比分析了弯曲叶片式叶轮和在弯曲叶片叶轮中间开孔和尖端开孔在黄原胶溶液中的搅拌功率的大小，结果表明在弯曲叶片式叶轮的中间开孔和尖端开孔分别比在无开孔弯曲叶片式叶轮搅拌功率降低了
假塑性流体搅拌流场混沌特征及混合特性61—电机2—减速器3—加料管4—搅拌轴5—夹层6—搅拌槽7—搅拌器图1-3搅拌釜装置示意图Fig.1-3Thesketchmapofstirredtankdevice搅拌器是搅拌装置最主要的部件，由电动机、联轴器、转轴以及搅拌桨构成。搅拌桨通过外加电源驱动电动机带动搅拌桨运动。搅拌桨的叶片形态对搅拌物料的混合程度、物料间的化学反应效率、搅拌的流动形态具有决定性作用。按照搅拌桨的运动方式以及搅拌桨的形状可将搅拌状态的流动形态一般分为径向流搅拌器、轴向流搅拌器。图1-4径向流搅拌器流场Fig.1-4Theflowfieldofradialflowmixer径向流搅拌器的流体由搅拌叶轮的尖端射流流出，流体碰到搅拌槽内壁后分成上下两部分，分成的两部分流体返回桨叶端部。典型的径向流搅拌器主要有涡轮式、平直叶式和三叶后掠式。径向流搅拌器的剪切力大，分散能力较强，转速较高，因此特别适用于具有剪切稀化的假塑性流体的搅拌。径向流搅拌器流场示意图如图1-4所示。栾德玉[30]将六弯叶桨的桨叶上下错位并命名为错位六弯叶桨，叶轮尖端的排出方式由原来的叶轮水平方向排出变成形成一定角度的倾斜方式排出，整体流型形成上下四个不对称的流场的涡心结构进而有效消除了搅拌隔离
本文编号：3128940
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/3128940.html
