刚柔组合搅拌桨强化流体混合过程中的节能降噪行为研究

发布时间：2017-06-19 06:00

  本文关键词：刚柔组合搅拌桨强化流体混合过程中的节能降噪行为研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：流体在搅拌反应器内混合时,搅拌桨获得的能量主要用于流体旋转、内部传递和消耗在流体混合噪声中。选择合适的搅拌桨类型,降低流体混合噪声,提高能量利用率,能够强化流体混合行为。采用实验分析与数值模拟相结合的方法,研究了刚柔组合桨在流体混合过程中的流固耦合运动与节能降噪行为,对比分析内部流体流动情况和噪声变化情况,具体研究结果如下:(1)刚柔组合搅拌桨通过自身波动的运动方式,增加了桨叶与流体之间的相互作用力,使能量在搅拌槽内的分布更加均匀,强化了流体的混合行为。刚柔组合桨提高了流体的轴向运动,使流体更好地从底部流动至顶部,从而促进整个槽子流体的充分混合。(2)当转速为210 rpm时,在刚柔组合桨作用下,位于桨叶上方区域和槽内底部流体的湍动强度增加更明显,此外流体的湍动能分布更为均匀,有利于桨叶尖端处能量的耗散。刚柔组合桨可以更有效地把能量从桨叶尖端传递至整个流体中,减少搅拌槽内的“死区”范围,有助于流体混合过程中能量的高效利用。(3)实验运用宏观不稳定频率反应流体微观运动复杂程度,流场可视化技术反应流体宏观混合效果。当转速N为90rpm时,刚柔组合桨搅拌反应器内的宏观不稳定性频率比刚性桨高50.5%,混合时间缩短了46.5%。(4)搅拌槽和搅拌器是噪声的主要源头,同时搅拌器的噪声分布呈以搅拌轴为中心的中心对称状态,并从搅拌轴到搅拌槽,噪声呈衰减趋势。在同一信号位置处,条件相同时,刚柔组合桨的不同频率所对应声压级都要低于刚性桨。在流体混合时,组合桨可提高能量的利用率,使得用于噪声消耗的能量较少,导致刚-柔组合桨在搅拌过程中可将流体噪声降低,使刚柔组合桨达到降噪效果。(5)模拟与实验结果均表明,相比传统刚性桨搅拌反应器,刚柔组合桨搅拌反应器确实能达到节能降噪的效果。
【关键词】：刚柔组合桨 数值模拟 流固耦合 降噪节能
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ027.2
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 课题研究背景8-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 流固耦合在流体混合方面的应用9
• 1.2.2 流体混合性能的衡量衡量判断9-10
• 1.2.3 混沌混合10-11
• 1.2.4 流体噪声的分析计算11-12
• 1.3 化工过程强化设备的研究进展12-18
• 1.3.1 工业搅拌反应器12-16
• 1.3.2 刚柔组合桨搅拌反应器16-18
• 1.4 课题研究目的和研究内容18-20
• 1.4.1 课题研究目的18
• 1.4.2 课题研究内容18-20
• 2 刚柔组合桨强化流体混合的数值模拟研究20-41
• 2.1 引言20-29
• 2.1.1 流体力学21-24
• 2.1.2 结构力学24-27
• 2.1.3 流固耦合27-28
• 2.1.4 声学理论28-29
• 2.2 模型建立及网格划分29-30
• 2.3 计算控制方程和求解模型30
• 2.4 边界条件设定和计算30-32
• 2.5 搅拌桨结构分析32-33
• 2.5.1 搅拌桨受力分析32-33
• 2.5.2 搅拌桨变形分析33
• 2.6 搅拌反应器流体运动分析33-35
• 2.6.1 反应器内流场结构分析33-34
• 2.6.2 反应器内湍动动能分析34-35
• 2.7 搅拌反应器内噪声分析35-39
• 2.7.1 反应器内宽带噪声源分析35-37
• 2.7.2 反应器内频谱噪声分析37-39
• 2.8 本章小结39-41
• 3 刚柔组合桨强化流体混合的实验研究41-55
• 3.1 引言41
• 3.2 实验部分41-46
• 3.2.1 实验装置41-43
• 3.2.2 实验材料43
• 3.2.3 实验方法43-46
• 3.3 体系混合性能分析46-50
• 3.3.1 功耗对宏观不稳定频率的影响46-48
• 3.3.2 刚柔组合桨体系对宏观不稳定性频率的影响48-49
• 3.3.3 刚柔组合桨体系对混合时间的影响49-50
• 3.4 体系噪声分析50-54
• 3.4.1 不同体系的噪声波形图分析50-51
• 3.4.2 不同体系的噪声频谱图分析51-54
• 3.5 本章小结54-55
• 4 结论与展望55-56
• 4.1 结论55
• 4.2 展望55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-61
• 附录A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录61

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本文编号：461643