假塑性流体搅拌流场混沌特性研究

发布时间：2017-12-07 00:00

  本文关键词：假塑性流体搅拌流场混沌特性研究

  更多相关文章： 假塑性流体 混沌混合 宏观不稳定性 最大Lyapunov指数 Kolmogorov熵

【摘要】：在工业生产中,搅拌混合的流体常常涉及到与牛顿流体不同的性质(如剪切稀化、弹性效应、剪切增稠等)的非牛顿流体,对于具有屈服应力的假塑性流体的搅拌混合,在低雷诺数搅拌时会在搅拌桨附近区域内存在强烈的混合区,外部的流体则处于停滞或缓慢的流动的状态,此时混合效率很低,有时候即使流动处于湍流状态时,混合效率依然不高。因此,本文基于错位六弯叶涡轮搅拌桨,通过对搅拌槽内假塑性流体处于过渡流以及湍流状态下的流动建立适合的湍流粘度模型进行数值模拟,对搅拌槽内假塑性流体的宏观流场特征和混沌混合特性进行研究,以指导怎样提高假塑性流体的混合效率。在黄原胶水溶液的流变实验测试中,处于过渡流以及湍流状态下表观粘度与切应变速率的关系符合power law流变模型;进行粒子图像测速仪(PIV)实验得到的数据与基于分离涡模型和该湍流粘度模型模拟的结果相吻合。流场数值模拟结果表明,分离涡模拟可以很好的捕捉搅拌槽内槽内流体流动的湍流脉动特性,不同转速下,搅拌槽纵截面流场的左右涡心不对称,涡心和涡形随着时间变化,整个流场处于混乱的状态,呈现出非周期性,表明搅拌槽内隔离区已经不存在了。数值模拟中采集速度时间序列,对黄原胶水溶液搅拌流场定性和定量的混沌特性研究结果表明,搅拌槽内流体的宏观不稳定性(MI)频率、最大Lyapunov指数(LLE)以及Kolmogorov熵(K熵)与搅拌的转速有关,而流体的物性参数(流变性)对它们影响较小;提高搅拌转速可使槽内流体MI频率的强度明显增大,对应的无因次频率减小,MI现象减弱,在转速为225 rpm时,流体的MI频率消失,频谱图中出现了谱带现象,这必然导致流体混沌混合特性得到增强;监测点位置的LLE以及K熵有所差异;随着转速的增加,搅拌槽内流体的LLE以及K熵都呈现出增加的趋势,在转速为200 rpm左右时,流场的LLE(0.5347)以及K熵(0.8343)都达到最大值,搅拌流场的混沌程度达到最大值,转速再增加,流场的混沌混合强度减弱。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O373

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本文编号：1260398