剪切稀化流体在简化CTM模型中的流动及混合特性研究
发布时间：2021-09-23 23:19
混合是化工生产过程中十分常见的一种单元操作,在橡胶和纺织等高分子行业中混合质量的好坏往往会影响产品的竞争力。这些高分子流体多属于剪切稀化流体,因流体的粘度随剪切率变化,其在混合过程中的行为和牛顿流体在混合过程中的行为有很大的不同。高分子流体的复杂流变特性以及复杂的专用混合设备使量化研究剪切稀化流体在混合器内的流动及混合特性,探索混合机理变得十分困难。目前的相关研究多为模拟研究,缺乏与实验结果的相互验证,本文通过实验和模拟结合研究了剪切稀化流体在简化CTM模型中的流动及混合特性。本文利用激光诱导荧光技术（PLIF）和粒子图像测速技术（PIV）探究了单相剪切稀化流体在方腔拖曳流模型中的流动特性以及两相互溶剪切稀化流体在方腔拖曳流模型中的流动及混合特性。通过可视化技术得到的定量化的实验结果与CFD的模拟结果对比验证了模拟中所使用模型（species transport model）的可靠性与准确性。采用实验验证的模型研究了幂律模型参数k和n,液位比,拖曳板速度,方腔纵横比,密度差等对互溶两相剪切稀化流体混合过程的影响。利用离集强度（IOS）和无因次数群:Re,Ar/Re,Ri以及速度场等分析...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１腔穴传递式混合器的定子和转子??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｒｏｔｏｒ?ａｎｄ?ｓｔａｔｏｒ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃａｖｉｔｙ?ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｍｉｘｅｒ??
时量子效率最大，因此实验操作条件需要保持恒定温度，且温度接近２０°Ｃ为??宜【７｜］。表Ｍ给出了常见示踪剂的吸收光谱和激发光谱［７２］。??１．４．２?ＰＩＶ技术工作原理??粒子成像测速技术（ＰＩＶ）于１９８４年首次被提出，因其具有不介入流场，测量精??度高，瞬态等优点被广泛应用于测量科学与技术研究领域，如液体单相流流场，多相??流，空气动力学等。商业化的ＰＩＶ系统包含光源系统，ＰＩＶ同步系统，图像拍摄系统??和图像分析系统［７３］。ＰＩＶ法测定速度场的过程可以分为两步：照片采样（如图１＿３所??示）以及图像分析，测量过程中首先向被测定流体中加入适当示踪粒子，示踪粒子要??求具有良好的跟随性和散射性且要求不能够干扰流场，不能够与流场中的物质起反应，??影响流体的性质，通常为透明的空心玻璃珠，调节高强度的脉冲激光光源，使其通过??被测平面「４］。在速度场的测量过程中，激光首先会在极短间隔时间内连续激发两道光??源，在同步器的作用下ＣＣＤ相机会在激光激发的相同时间拍摄被测平面，示踪粒子??的相对移动可以表征流场的速度，运用公式：??量平面??／＼?７１?被??ｚ＿＿??＾，流??：＊?场????ｕ??口??源?ｉｄ．１?￣￣??ｙ—＾ｙ?ｃｃｄ?相机??图１－３粒子成像测速技术示意图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ＰＩＶ?ｓｙｓｔｅｍ??１５??
?第二章主要实验装置及数据处理???的跟随性能够满足要求。在ＰＩＶ中激光的工作平面与在ＰＬＩＦ中激光的工作平面相同，??均为ｚ／灰＝０．５平面，相机和激光的工作区域需要包含方腔完整的界面。因相机获得的??散射光强度较高，相机过曝会损害ＣＣＤ感光元件，因此在ＰＩＶ实验中的激光强度通??常低于在ＰＬＩＦ实验中的激光强度。??拖曳上???拖曳板速度（ａ）?＾??＇?—?￣￣￣ｔＨ??（ｂ）??图２－２实验装置示意图（ａ）和笛卡尔坐标系（ｂ）??Ｆｉｇ．?２－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃａｖｉｔｙ?（ａ）?ａｎｄ?Ｃａｒｔｅｓｉａｎ?ｃｏ－ｏｒｄｉｎａｔｅ?（ｂ）??２．２实验物料和实验步骤??实验中涉及的试剂有：聚丙烯酸钠（分析纯，平均分子量为５０００ｗ？８０００ｗ，??ＭａＣｋｌｉｎＳ８１７８０９），去离子水，蔗糖（分析纯，国药控股化学试剂有限公司），罗丹明Ｂ??（分析纯，阿拉丁）和空心玻璃珠（８￣１２〖ｉｍ，ＤａｎｔｅｃＤｙｎａｍｉｃｓ）。制备剪切稀化溶液的方??法参考了?Ｂｉｒｄ［７７＾?Ｂｏｇｅｒ［７８】等人的溶液配置方法。本文的ＰＬＩＦ实验中指示混合过程??溶液浓度变化所用的荧光示踪剂选择罗丹明Ｂ。因使用的示踪剂含量很低，为保证配??置浓度的准确性，本实验首先在２．５?Ｌ容量瓶中配置了?５０?ｍｇ／Ｌ的母液，实验时用母??液稀释成为０￣６０ｐｇ／Ｌ的溶液。高分子链在剧烈的搅拌过程中会被破坏，因此在配置??溶液过程中搅拌转速和搅拌时间会影响体系的粘度。在配置溶液过程中应该严格控制??搅拌转速和时间，ＰＬＩＦ实验物料的准备步骤为：??（１）配置Ｌｉｑｕｉｄ?１：将聚
本文编号：3406621
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１腔穴传递式混合器的定子和转子??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｒｏｔｏｒ?ａｎｄ?ｓｔａｔｏｒ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃａｖｉｔｙ?ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｍｉｘｅｒ??
时量子效率最大，因此实验操作条件需要保持恒定温度，且温度接近２０°Ｃ为??宜【７｜］。表Ｍ给出了常见示踪剂的吸收光谱和激发光谱［７２］。??１．４．２?ＰＩＶ技术工作原理??粒子成像测速技术（ＰＩＶ）于１９８４年首次被提出，因其具有不介入流场，测量精??度高，瞬态等优点被广泛应用于测量科学与技术研究领域，如液体单相流流场，多相??流，空气动力学等。商业化的ＰＩＶ系统包含光源系统，ＰＩＶ同步系统，图像拍摄系统??和图像分析系统［７３］。ＰＩＶ法测定速度场的过程可以分为两步：照片采样（如图１＿３所??示）以及图像分析，测量过程中首先向被测定流体中加入适当示踪粒子，示踪粒子要??求具有良好的跟随性和散射性且要求不能够干扰流场，不能够与流场中的物质起反应，??影响流体的性质，通常为透明的空心玻璃珠，调节高强度的脉冲激光光源，使其通过??被测平面「４］。在速度场的测量过程中，激光首先会在极短间隔时间内连续激发两道光??源，在同步器的作用下ＣＣＤ相机会在激光激发的相同时间拍摄被测平面，示踪粒子??的相对移动可以表征流场的速度，运用公式：??量平面??／＼?７１?被??ｚ＿＿??＾，流??：＊?场????ｕ??口??源?ｉｄ．１?￣￣??ｙ—＾ｙ?ｃｃｄ?相机??图１－３粒子成像测速技术示意图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ＰＩＶ?ｓｙｓｔｅｍ??１５??
?第二章主要实验装置及数据处理???的跟随性能够满足要求。在ＰＩＶ中激光的工作平面与在ＰＬＩＦ中激光的工作平面相同，??均为ｚ／灰＝０．５平面，相机和激光的工作区域需要包含方腔完整的界面。因相机获得的??散射光强度较高，相机过曝会损害ＣＣＤ感光元件，因此在ＰＩＶ实验中的激光强度通??常低于在ＰＬＩＦ实验中的激光强度。??拖曳上???拖曳板速度（ａ）?＾??＇?—?￣￣￣ｔＨ??（ｂ）??图２－２实验装置示意图（ａ）和笛卡尔坐标系（ｂ）??Ｆｉｇ．?２－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃａｖｉｔｙ?（ａ）?ａｎｄ?Ｃａｒｔｅｓｉａｎ?ｃｏ－ｏｒｄｉｎａｔｅ?（ｂ）??２．２实验物料和实验步骤??实验中涉及的试剂有：聚丙烯酸钠（分析纯，平均分子量为５０００ｗ？８０００ｗ，??ＭａＣｋｌｉｎＳ８１７８０９），去离子水，蔗糖（分析纯，国药控股化学试剂有限公司），罗丹明Ｂ??（分析纯，阿拉丁）和空心玻璃珠（８￣１２〖ｉｍ，ＤａｎｔｅｃＤｙｎａｍｉｃｓ）。制备剪切稀化溶液的方??法参考了?Ｂｉｒｄ［７７＾?Ｂｏｇｅｒ［７８】等人的溶液配置方法。本文的ＰＬＩＦ实验中指示混合过程??溶液浓度变化所用的荧光示踪剂选择罗丹明Ｂ。因使用的示踪剂含量很低，为保证配??置浓度的准确性，本实验首先在２．５?Ｌ容量瓶中配置了?５０?ｍｇ／Ｌ的母液，实验时用母??液稀释成为０￣６０ｐｇ／Ｌ的溶液。高分子链在剧烈的搅拌过程中会被破坏，因此在配置??溶液过程中搅拌转速和搅拌时间会影响体系的粘度。在配置溶液过程中应该严格控制??搅拌转速和时间，ＰＬＩＦ实验物料的准备步骤为：??（１）配置Ｌｉｑｕｉｄ?１：将聚
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