高固含率搅拌槽内固液两相流动特性的PIV研究
发布时间：2021-06-07 20:51
固液搅拌在食品加工、石油化工和生物制药等行业中有着广泛的应用,搅拌槽内固液两相流动特性的研究,不仅使我们对结晶、发酵和矿物浮选等单元操作有更加深入的了解,而且也为相关数值模拟的验证提供了实验数据。就固液搅拌槽内的光学测量而言,多数文献中固含率均在1%以内。但是通常在搅拌槽内进行的结晶过程,其固含率往往超过20%。因此本研究中将折射率匹配技术与粒子图像测速技术（PIV）结合,测量了固液搅拌槽内高固含率下（≤20%）两相流动特性。本实验中将苯基硅油和甲基硅油混合与直径2 mm的硼硅酸盐玻璃珠进行折射率匹配,并结合2D-PIV技术,研究了:（1）稳态搅拌槽内固含率从0%增加至15%,不同相位角（0°,30°和60°）时液相流场和固体颗粒浓度的分布规律;（2）桨叶启动过程中,搅拌槽内瞬态液相流场和固体颗粒分布特性。第（1）部分研究结果表明:稳态搅拌槽内连续相流体和分散相颗粒间有很明显的相间耦合作用,随着颗粒数量的增加,液相的平均速度最大衰减达到了 48%,湍流动能最大衰减达到了70%;然而对于搅拌槽底部区域,随着颗粒数量的增加,特定位置处某一方向的液相速度有增大的趋势。第（2）部分研究结果表明...
【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】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＰＩＶ测速原理示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｓｋｅｔｃｈ?ｍａｐ?ｏｆ?ＰＩＶ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ??
?北京化工大学硕士学位论文???表２－１搅拌装置尺寸??Ｔａｂｌｅ?２－１?Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｇｉｔａｔｉｏｎ?ｄｅｖｉｃｅ??名称?数值／ｍｍ??槽底滴底部边长ｒ?１２０??液位高度／／?１２０??搅拌槽高度１７５??桨叶直径Ｄ?８０???奖叶离底距离Ｃ?４０???如图２－２所示，本实验中所用搅拌桨为标准的４５°四斜叶ＰＢＴ桨，其具体尺寸见??表２－２。为避免实验过程中激光照射在桨叶和搅拌轴表面发生折射对实验人员和实验??设备造成损伤，整个搅拌桨和搅拌轴表面均采用哑光黑色喷塑处理。??（ａ）?（ｂ）??图２－２?ＰＢＴ桨（ａ）模型图，（ｂ）实物图??Ｆｉｇ．?２－２?ＰＢＴ?（ａ）?ｓｋｅｔｃｈ?ｍａｐ，?（ｂ）?ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｍａｐ??表２－２搅拌桨尺寸??Ｔａｂｌｅ?２－２?Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｍｐｅｌｌｅｒ??搅拌桨参数名称?数值／ｍｍ???搅拌桨直径?８０??轮毂外径?２３??轮毂内径?１６??轮毂高度?１４??叶片长度?３１．５??叶片宽度?１６???叶片厚度?３???２．１．２搅拌驱动装置??稳态实验中所用搅拌驱动装置包括电机、联轴器、电机支架和搅拌轴，其中ＡＢＢ??１４??
ｙｓｔｅｍ??????伺服电机?美国?Ｋｏｌｌｍｏｒｇｅｎ?ＡＫＭ６３Ｌ－ＡＣＣＮＲ－００??驱动器?ＡＫＤ－Ｍ０１２０６－ＭＣＥＣ－００００??动力电缆?ＶＰ－５０８ＣＥＡＮ－０３???反馈电缆?ＶＦ－ＲＡ２４７４Ｎ－０３???２．２实验物系及操作条件??２．２．１实验物系??由于硼硅酸盐玻璃良好的透光性，较高的硬度以及经济适用性，本实验中选用粒??径为２?ｍｍ的硼硅酸盐玻璃珠作为分散相，经过电子游标卡尺测量，其粒径偏差控制??在±０．０２?ｍｍ。图２－３为本实验在粒径测量过程中所用电子游标卡尺。??ＩｊＥ??（ａ）?（ｂ）??图２－３?（ａ）电子游标卡尺；（ｂ）测量数值??Ｆｉｇ．?２－３?（ａ）?Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ?ｖｅｒｎｉｅｒ?ｃａｌｉｐｅｒ；?（ｂ）?ｍｅａｓｕｒｅｄ?ｖａｌｕｅ??为了在分散相体积分数为１５％时获得良好的实验结果以及避免实验过程中激光对??实验人员和实验设备的损伤，分散相和连续相需要有十分接近的折射率。本实验中采??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]过渡流搅拌槽内固-液悬浮的直接数值模拟[J]. 李庚鸿,李志鹏,高正明,Jos Derksen. 科学通报. 2018(34)
[2]大型矿浆调浆搅拌槽的设计及工业应用[J]. 王青芬,张建辉. 有色金属(选矿部分). 2013(06)
[3]组合桨液相搅拌槽内流动特性的实验研究及数值模拟[J]. 赵静,程先明,高正明. 北京化工大学学报(自然科学版). 2011(03)
[4]搅拌槽内流动结构的粒子图像测速技术研究[J]. 吴莹,闵健,李志鹏,高正明. 北京化工大学学报(自然科学版). 2007(06)
[5]应用折射率匹配技术测量复杂形状通道内的液体流场[J]. 张超杰,张鸣远,卢勇,孟桂祥,杨建,苏玉亮. 西安交通大学学报. 2002(11)
[6]应用电导探针测定固－液两相流的局部速度[J]. 黄雄斌,包雨云,施力田,王英琛. 高校化学工程学报. 1995(02)
[7]应用热膜风速仪测定搅拌槽内气──液两相流的流体力学参数[J]. 高正明,姚文杰,王英琛,施力田,傅举孚. 化学反应工程与工艺. 1994(01)
硕士论文
[1]固液搅拌槽内固相和液相速度特性的实验研究[D]. 王嘉玮.北京化工大学 2017
[2]低雷诺数下搅拌槽/反应器内流动特性的实验研究[D]. 姜蒙霞.北京化工大学 2013
[3]低雷诺数下双层WH桨搅拌槽内流场的PIV研究[D]. 曲博林.北京化工大学 2011
本文编号：3217288
【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】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?ＰＩＶ测速原理示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｓｋｅｔｃｈ?ｍａｐ?ｏｆ?ＰＩＶ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ??
?北京化工大学硕士学位论文???表２－１搅拌装置尺寸??Ｔａｂｌｅ?２－１?Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｇｉｔａｔｉｏｎ?ｄｅｖｉｃｅ??名称?数值／ｍｍ??槽底滴底部边长ｒ?１２０??液位高度／／?１２０??搅拌槽高度１７５??桨叶直径Ｄ?８０???奖叶离底距离Ｃ?４０???如图２－２所示，本实验中所用搅拌桨为标准的４５°四斜叶ＰＢＴ桨，其具体尺寸见??表２－２。为避免实验过程中激光照射在桨叶和搅拌轴表面发生折射对实验人员和实验??设备造成损伤，整个搅拌桨和搅拌轴表面均采用哑光黑色喷塑处理。??（ａ）?（ｂ）??图２－２?ＰＢＴ桨（ａ）模型图，（ｂ）实物图??Ｆｉｇ．?２－２?ＰＢＴ?（ａ）?ｓｋｅｔｃｈ?ｍａｐ，?（ｂ）?ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｍａｐ??表２－２搅拌桨尺寸??Ｔａｂｌｅ?２－２?Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｍｐｅｌｌｅｒ??搅拌桨参数名称?数值／ｍｍ???搅拌桨直径?８０??轮毂外径?２３??轮毂内径?１６??轮毂高度?１４??叶片长度?３１．５??叶片宽度?１６???叶片厚度?３???２．１．２搅拌驱动装置??稳态实验中所用搅拌驱动装置包括电机、联轴器、电机支架和搅拌轴，其中ＡＢＢ??１４??
ｙｓｔｅｍ??????伺服电机?美国?Ｋｏｌｌｍｏｒｇｅｎ?ＡＫＭ６３Ｌ－ＡＣＣＮＲ－００??驱动器?ＡＫＤ－Ｍ０１２０６－ＭＣＥＣ－００００??动力电缆?ＶＰ－５０８ＣＥＡＮ－０３???反馈电缆?ＶＦ－ＲＡ２４７４Ｎ－０３???２．２实验物系及操作条件??２．２．１实验物系??由于硼硅酸盐玻璃良好的透光性，较高的硬度以及经济适用性，本实验中选用粒??径为２?ｍｍ的硼硅酸盐玻璃珠作为分散相，经过电子游标卡尺测量，其粒径偏差控制??在±０．０２?ｍｍ。图２－３为本实验在粒径测量过程中所用电子游标卡尺。??ＩｊＥ??（ａ）?（ｂ）??图２－３?（ａ）电子游标卡尺；（ｂ）测量数值??Ｆｉｇ．?２－３?（ａ）?Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ?ｖｅｒｎｉｅｒ?ｃａｌｉｐｅｒ；?（ｂ）?ｍｅａｓｕｒｅｄ?ｖａｌｕｅ??为了在分散相体积分数为１５％时获得良好的实验结果以及避免实验过程中激光对??实验人员和实验设备的损伤，分散相和连续相需要有十分接近的折射率。本实验中采??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]过渡流搅拌槽内固-液悬浮的直接数值模拟[J]. 李庚鸿,李志鹏,高正明,Jos Derksen. 科学通报. 2018(34)
[2]大型矿浆调浆搅拌槽的设计及工业应用[J]. 王青芬,张建辉. 有色金属(选矿部分). 2013(06)
[3]组合桨液相搅拌槽内流动特性的实验研究及数值模拟[J]. 赵静,程先明,高正明. 北京化工大学学报(自然科学版). 2011(03)
[4]搅拌槽内流动结构的粒子图像测速技术研究[J]. 吴莹,闵健,李志鹏,高正明. 北京化工大学学报(自然科学版). 2007(06)
[5]应用折射率匹配技术测量复杂形状通道内的液体流场[J]. 张超杰,张鸣远,卢勇,孟桂祥,杨建,苏玉亮. 西安交通大学学报. 2002(11)
[6]应用电导探针测定固－液两相流的局部速度[J]. 黄雄斌,包雨云,施力田,王英琛. 高校化学工程学报. 1995(02)
[7]应用热膜风速仪测定搅拌槽内气──液两相流的流体力学参数[J]. 高正明,姚文杰,王英琛,施力田,傅举孚. 化学反应工程与工艺. 1994(01)
硕士论文
[1]固液搅拌槽内固相和液相速度特性的实验研究[D]. 王嘉玮.北京化工大学 2017
[2]低雷诺数下搅拌槽/反应器内流动特性的实验研究[D]. 姜蒙霞.北京化工大学 2013
[3]低雷诺数下双层WH桨搅拌槽内流场的PIV研究[D]. 曲博林.北京化工大学 2011
本文编号：3217288
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