搅拌槽内单颗粒临界悬浮特性的实验研究和模拟

发布时间：2017-07-29 05:04

  本文关键词：搅拌槽内单颗粒临界悬浮特性的实验研究和模拟

  更多相关文章： 单颗粒 固液悬浮 RT桨 直接数值模拟 搅拌槽

【摘要】：固液悬浮在工业上具有广泛的应用,诸如化学与制药工程、水处理过程、结晶反应体系等。搅拌槽内固液悬浮机理的研究,主要是集中在颗粒群的宏观运动特性上,在颗粒尺度上并不能很好的解释颗粒与周围流体间的相互作用机理。近年来,为了从根本上理解颗粒悬浮的机理,已有研究者开始关注单个颗粒的运动行为。但在前人的研究中,使用的桨型结构比较简单,颗粒的运动是在层流条件。本论文研究了RT桨方形搅拌槽内(C=0.25T),单颗粒在不同雷诺数条件下的运动特性,通过数字图像处理技术获得了颗粒的运动轨迹、运动速度等信息。结合LBM方法对实验操作条件进行了直接数值模拟,得到了颗粒的运动以及周围流场的详细信息。结果表明：(1)Re≈30,玻璃珠在临界条件下的运动行为与文献中圆盘桨的实验结果较为类似,RT桨作用下颗粒的临界悬浮转速比圆盘桨低约10%。RT桨的模拟结果与实验结果吻合较好。与圆盘桨的模拟结果相比,RT桨搅拌槽内的压强分布是不对称的,颗粒上下两端的压强差二者基本相同。(2)Re≈240,玻璃珠在临界条件下的运动行为与Re≈30时比较相似。不同粒径的玻璃珠对应的临界悬浮转速差异较小(约2%),即可以忽略粒径的影响。对比了10mm玻璃珠的模拟结果与实验结果,二者基本一致。在该雷诺数条件下,颗粒的净重力是决定颗粒悬浮的主要因素。(3)Re=300～1400,颗粒在槽底的运动轨迹变得比较不规则,可以用一个平均速度来描述颗粒在槽底的整个运动过程。通过PIV技术获得了实验条件下搅拌槽内的单相流场,与模拟结果相比,二者基本一致。
【关键词】：单颗粒 固液悬浮 RT桨 直接数值模拟 搅拌槽
【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】：TQ051.72
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 文献综述13-21
• 1.1 引言13
• 1.2 实验研究13-14
• 1.3 颗粒受力分析14-16
• 1.4 颗粒运动特性的研究方法16-18
• 1.4.1 拍照法16-17
• 1.4.2 粒子图像测速技术17-18
• 1.5 数值模拟18-21
• 1.5.1 连续相模型18-19
• 1.5.2 分散相模型19-21
• 第二章 研究方法和测试技术21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 PⅣ系统及计算方法21-22
• 2.2.1 PⅣ系统21-22
• 2.2.2 PⅣ计算方法22
• 2.3 颗粒运动的捕捉和处理方法22-24
• 2.3.1 高速摄像技术22-23
• 2.3.2 数字图像处理方法23
• 2.3.3 颗粒运动速度的计算23-24
• 2.4 直接数值模拟24
• 2.5 实验装置和体系24-29
• 2.5.1 实验装置24-28
• 2.5.2 实验体系28-29
• 2.6 数据采集参数29-31
• 第三章 实验结果与讨论31-63
• 3.1 Re≈30时颗粒的临界悬浮运动31-42
• 3.1.1 引言31
• 3.1.2 研究案例31
• 3.1.3 颗粒临界悬浮转速N_(LO)的确定31-32
• 3.1.4 实验结果与讨论32-36
• 3.1.5 模拟与实验结果对比讨论36-42
• 3.2 Re≈240时颗粒的临界悬浮运动42-50
• 3.2.1 引言42
• 3.2.2 研究案例42
• 3.2.3 实验结果与讨论42-45
• 3.2.4 模拟和实验结果对比45-50
• 3.3 Re=300～1400时颗粒的悬浮运动50-63
• 3.3.1 引言50
• 3.3.2 研究案例50
• 3.3.3 实验结果与讨论50-58
• 3.3.4 搅拌槽内的流场分析58-63
• 第四章 主要结论与展望63-65
• 4.1 主要结论63-64
• 4.1.1 Re≈3063
• 4.1.2 Re≈24063
• 4.1.3 Re=300～140063-64
• 4.2 本实验的创新点64
• 4.3 研究展望64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-71
• 研究成果及发表的学术论文71-73
• 导师及作者简介73-74
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书74-75

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