易形变桨叶搅拌槽内流场特性研究

发布时间：2020-06-16 14:04

【摘要】：搅拌槽内流场不均匀且随机变化,若桨叶刚度不足,则在不稳定流场作用下易发生变形,称为柔性叶片,本文主要研究柔性叶片变形对流场的影响。选用超弹性镍钛合金制作柔性桨,通过高速相机捕获桨叶振动特性,并根据柔性桨在静止状态与平均变形下的形状分别采用钨钢和弹簧钢制作刚性直叶桨与刚性弯叶桨。采用高频二维粒子图像测速技术(PIV)相位解析测量同转速(210rpm)下三种桨的搅拌槽内流场特性,如流速、尾涡、脉动、湍流动能。结果表明柔性桨平均流速更大,湍流扩散强度高,柔性桨的振动导致尾涡的径向位置较刚性桨更向外,且柔性桨的三个方向速度脉动均较刚性弯叶桨高。为验证搅拌槽内流场的各向同性假设对柔性桨的适用性,分别竖直拍摄和水平拍摄得到流场的三个方向速度脉动。将三个速度分量计算的湍动能和各向同性假设计算的湍动能进行对比,发现两种方法计算的湍流动能差距很小,各向同性假设对柔性桨和刚性桨均适用,但柔性桨的两种方法得到的湍动能差别较刚性桨小。通过高速相机和PIV对柔性桨的叶片振动和流场进行同步拍摄,根据不同叶片变形将流动数据分组处理,将得到的流场特性进行对比。发现高速区(Ve/Vtip≥0.65)面积与叶片变形量成正相关,与振幅成负相关。平均变形及中等振幅附近的速度分布、湍流动能、尾涡分布均最接近总体的相位解析分布。随着变形量的增加,上下尾涡核心区径向分布范围和径向分布差别均依次增大。上侧高湍流动能区(k/Vtip2≥0.41)面积逐渐增大,下侧高湍流动能区面积逐渐减小。随着振幅增大,尾涡径向分布范围及上下尾涡间距均越大,高湍流动能区面积也越大。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.72
【图文】：

Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｒａｄｉａｌ邋ｆｌｏｗ邋ｖｅｌｏｃｉｔｙ邋ｐｏｗｅｒ邋ｓｐｅｃｔｒａｌ邋ｄｅｎｓｉｔｙ逡逑（ａ）邋Ａｓｓｅｍｂｌｅ；邋（ｂ）邋Ｐｅｒｉｏｄｉｃ；邋（ｃ）邋Ｒａｎｄｏｍ逡逑图１－１邋（ａ）为桨叶周围径向流速的功率谱密度图，ｆ／ｉＶ＝６、１２处存在高峰值，为逡逑叶片通过频率及其两倍数；ｆ／＃＝邋９．３３、１２．３３处存在较低峰值，是叶片通过频率和搅逡逑拌槽内其他频率的线性组合。四组峰值横坐标坐标对应四个伪湍流频率。通过相位解逡逑析测量方法，将图１－１邋（ａ）中的伪湍流分离出，如图卜１邋（ｂ）所示，真正的湍动频率逡逑５逡逑

图１－２邋ＨＶ系统逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋ＰＩＶ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑

【参考文献】

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本文编号：2716141