长桨短叶片复合搅拌桨混合性能研究

摘要

针对长桨短叶片复合搅拌桨(LSB)，从功率消耗、混合时间和流型三个角度，研究了其在流体混合过程的性能特性。首先对搅拌桨在釜内的功率消耗进行了测量，考察搅拌桨的结构参数、搅拌桨的安装高度、挡板的安装距离和操作条件等对功率消耗的影响。研究发现，在相同转速下，随着液面高度的增大，单位体积功率消耗相应的增大;在相同液面高度下，随着转速的增大，单位体积功率消耗呈指数增大。固定长桨:长桨LB-1，外环β=0°，当H/T＜1.4，在不同转速下短叶片对于单位体积功率消耗的影响满足以下关系:CSB＜SB-2＜SB-1;当H/T≥1.4，短叶片对于单位体积功率消耗的影响大小为:CSB≥SB-2≥SB-1，在液面高度H/T≥1.4时，SB-1具有良好的混合性能。固定搅拌桨安装高度，对于搅拌桨(LB-1，β=0°，SB-1)，当ΔC=0.05时，Np最小;固定挡板安装距离，随着C/T增大，Np减小。
　　为了研究LSB搅拌桨的混合效率，采用平面激光诱导荧光技术(PLIF)对流体在釜内混合时间进行测量，将复合桨(LB-1，β=0°，SB-1)与标准双层涡轮桨DT进行对比;针对LSB搅拌桨考察了搅拌桨的转速(N)、液面高度（H）、挡板的安装距离(ΔC)对混合时间的影响。实验结果表明，LSB适用于长径比较大的混合设备，且相对于双层涡轮桨具体优越的混合性能，特别适用于中高粘度流体的混合，在低转速下能以较低的功率消耗提供更好地混合效果;针对LSB搅拌桨实验发现，在液面高度较低时（H=T），挡板的安装距离(ΔC)对混合时间没有明显的影响，然而随着液面高度的增加挡板距离壁面的距离(ΔC)对混合时间的影响明显增大;在相同液面高度下，增大挡板与壁面的距离混合时间降低。
　　针对在LSB搅拌桨的作用下，釜内流体的流动形态，实验主要从长桨的形状、搅拌槽的结构以及液面高度几个方面进行了讨论。结果表明挡板距离壁面一定的距离(ΔC=0.025T)有利于高粘度流体的混合，当距离过大时（ΔC/T=0.1）会阻碍流体之间的混合。在H=T时新型搅拌桨在槽内形成典型的轴流式流型，随着液面高度的增加，长桨对液体的剪切作用越强，流体在长径比较大的搅拌槽内形成轴径向混合流，长桨过宽时(LB-4)，长桨的剪切力大于短叶片的作用，主流体在槽内做切向运动;在H=1.5T时，当C/T≈0.33-0.5槽内流体具有良好的混合效果。
　　本文利用实验证实了新型复合式搅拌桨，能有效适用于H/T＞1.0的条件。确定了较优的搅拌桨形状参数:长桨，LB-2，β=0°;短叶片，SB-1;以及相应的搅拌釜的形状参数:ΔC/T=0.05; C/T，0.33-0.5。

目录

声明

摘要

主要符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究内容与意义

1．3 课题的提出

第二章 文献综述

2．1 搅拌桨的形式

2．1．1 轴流式搅拌桨

2．1．2 径流式搅拌桨

2．1．3 复合搅拌桨

2．2 搅拌桨混合性能的表征

2．2．1 功率消耗

2．2．2 混合时间

2．2．3 流型

2．3 搅拌混合过程的研究方法

2．3．1 消色法

2．3．2 电导层析成像技术

2．3．3 激光诱导荧光技术

2．3．4 粒子图像测速技术

第三章 新型复合搅拌桨的功率消耗

3．1 实验装置

3．2 流体的选择

3．3 功率消耗实验结果与讨论

3．3．1 搅拌桨的结构参数

3．3．2 H／T对功率消耗的影响

3．3．3 挡板安装距离对功率消耗的影响

3．3．4 搅拌桨安装高度对功率消耗的影响

3．4 本章小结

第四章 搅拌釜内混合时间实验研究

4．1 平面激光诱导荧光测量技术

4．1．1 测量系统

4．1．2 测量系统的调试与标定

4．1．3 PLIF实验结果校正

4．1．4 混合时间的测定

4．2 LSB搅拌桨与标准涡轮桨混合性能比较

4．2．1 混合过程浓度场

4．2．2 LSB搅拌桨与标准双层涡轮桨混合时间分析

4．2．3 LSB搅拌桨与涡轮桨剪切性能分析

4．3 LSB搅拌桨混合时间影响因素分析

4．3．1 液面高度(H／T)

4．3．2 挡板对混合时间的影响

4．4 本章小结

第五章 LSB搅拌桨混合过程流型

5．1 实验装置与方法

5．2 混合过程流型结果与讨论

5．2．1 挡板对流型的影响

5．2．2 液面高度对流型的影响

5．2．3 长桨的形状参数对流型的影响

5．3 LSB搅拌桨与标准双层涡轮桨流型对比

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

致谢

硕士期间研究成果