搅拌槽内非牛顿流体的流动混合特性

发布时间：2017-07-19 18:10

  本文关键词：搅拌槽内非牛顿流体的流动混合特性

  更多相关文章： 非牛顿流体 PIV 湍流动能 流场特性 过渡区

【摘要】：搅拌作为基本的单元操作,在工业生产中的应用范围很广,其中有相当大一部分应用涉及到非牛顿流体。然而非牛顿流体流变性质的复杂性使得对其的研究更加困难,目前对于非牛顿流体在搅拌槽内流动混合特性的研究多为计算机模拟而不是实验研究。为了填补在搅拌槽内非牛顿流体流动特性研究的空缺,本文针对搅拌槽内剪切变稀流体的流动混合特性展开了一定的研究。本文利用粒子图像测速(PIV)技术,探究了使用Rushton桨的搅拌槽内聚丙烯酸钠溶液的流动混合特性。实验以雷诺数与非牛顿流体的流变指数为主要考察变量,通过调节转速及聚丙烯酸钠溶液的质量分数,对搅拌槽内桨叶区的流体流动特性进行了研究对比。研究表明,在雷诺数为900-5500的范围内聚丙烯酸钠溶液在桨叶区的流动处于过渡区,其中雷诺数低于1500时,其流型更趋近于层流流动,当雷诺数高于5000时,流型更趋近于湍流流动；在搅拌桨中心轴线处剪切变稀流体的无因次化径向速度与雷诺数之间有着显著的相关关系,其随着雷诺数的增加而逐渐增大；相对于雷诺数的影响,无因次化径向速度的分布受流体流变特性的影响更加强烈；无因次化均方根速度分布与雷诺数约呈正比关系,雷诺数的增加对其影响程度大于雷诺数对平均速度的影响；湍流动能在桨叶区的分布关于桨叶中心轻微不对称,通过相位解析的湍流动能分布可以发现这种不对称在相位角0=50°时达到最大；与牛顿流体的高度湍动区随尾涡发展而形成相比,本次实验的非牛顿流体的高度湍动区在尾涡耗散后形成；桨叶区内假塑性流体的剪切速率随雷诺数的升高而增大,其中当流体流态趋近于层流时,桨叶区内剪切速率分布较为均匀,当流体流态趋近于湍流时,在桨叶中心轴线的两侧会出现两个高剪切速率区,而桨叶中心轴线处剪切速率较低；在本次实验条件的范围内,非牛顿流体的平均径向速度分布及湍流动能分布与雷诺数为其1/10的牛顿流体相似。
【关键词】：非牛顿流体 PIV 湍流动能 流场特性 过渡区
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ027.2;TQ021.1
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• abstract6-15
• 符号说明15-17
• 第一章 文献综述17-31
• 1.1 课题研究背景17
• 1.2 非牛顿流体特性17-22
• 1.2.1 非牛顿流体的流变性质18-20
• 1.2.2 非牛顿流体的研究进展20-22
• 1.3 搅拌槽内湍流特性研究22-25
• 1.3.1 湍流22-23
• 1.3.2 拟湍流现象23-24
• 1.3.3 平均速度24
• 1.3.4 湍流动能24-25
• 1.4 粒子图像测速(PIV)技术25-29
• 1.4.1 PIV技术原理26-27
• 1.4.2 PIV系统组成27-28
• 1.4.3 PIV技术应用28-29
• 1.5 小结29-31
• 第二章 实验装置与方法31-43
• 2.1 搅拌装置31-33
• 2.1.1 机械传动装置31-32
• 2.1.2 搅拌槽32
• 2.1.3 搅拌桨32-33
• 2.2 PIV装置33-34
• 2.3 PIV参数优化34-37
• 2.3.1 示踪粒子35
• 2.3.2 时间间隔△t35-36
• 2.3.3 查询区尺寸36-37
• 2.4 操作条件37-43
• 2.4.1 实验流体的准备38-39
• 2.4.2 流变特性的测定39-40
• 2.4.3 雷诺数的定义40-43
• 第三章 结果分析与讨论43-77
• 3.1 雷诺数对流场特性的影响43-60
• 3.1.1 平均速度分布43-49
• 3.1.2 无因次化均方根速度分布49-54
• 3.1.3 无因次化湍流动能分布分析54-59
• 3.1.4 小结59-60
• 3.2 流变特性对流场特性的影响60-66
• 3.2.1 平均速度分布61-64
• 3.2.2 无因次化均方根速度分布64-66
• 3.2.3 小结66
• 3.3 非牛顿流体流场参数的修正66-71
• 3.3.1 剪切速率分布67-69
• 3.3.2 雷诺数及k_s修正69-71
• 3.3.3 小结71
• 3.4 非牛顿流体与牛顿流体流场对比71-77
• 3.4.1 平均速度分布71-74
• 3.4.2 无因次化湍流动能分布74-76
• 3.4.3 小结76-77
• 第四章 结论77-79
• 4.1 主要结论77-78
• 4.2 创新点78-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 导师及作者简介85-87
• 附件87-89

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本文编号：564154