低雷诺数下搅拌槽/反应器内流动特性的实验研究

摘要

工业过程中，搅拌反应器有时需要在低雷诺数工况下操作。但已有的流场特性研究的文献主要集中在高雷诺数（完全湍流）工况下。因此，本课题集中在低雷诺数下搅拌槽内流场特性的实验研究方面，力争为该类搅拌槽/反应器的数值模拟提供基础数据，并为该类反应器的工业设计提供指导。
　　 本文运用体视粒子图像测速SPIV技术，研究了低雷诺数Re下搅拌槽内标准直叶涡轮桨周的流场特性。以Re为主要参数指标，以粘度和转速为调节手段，对Re范围为50～3000的低雷诺数及Re为10000的高雷诺数流场进行分析比较。
　　 研究表明，在Re低于1000时，湍流动能分布受雷诺数影响较大，即Re增大，湍流动能增大，流场湍动程度得以明显提升;而当1000＜Re＜3000时，Re对湍流动能分布影响较小。考察速度分布可知相比于径向和轴向速度，切向速度受Re影响较小。切向速度在桨叶背面10°范围内平均数值最大，其速度分布随相位增加而逐渐沿径向射流由桨叶处向远离桨叶方向移动，且移动过程中数值变小。当Re＞1400，40°相位角时各Re数下尾涡结构基本消失。由相位平均切向速度场可知切向速度并非随Re增大而增大，而湍流动能分布受Re的影响则非常明显。对径向流桨，在r/R=0.75～1.25范围内，二维估算湍流动能值低于三维结果，而其余区域两者吻合度较高，说明桨叶周围流场不符合各向同性假设。
　　 对比发现低雷诺数流场与完全湍动情况下的流场存在着明显不同;二维PIV与三维PIV的比较也表明三维实验更能反映真实流场。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 课题研究背景

1．2 低雷诺数下搅拌槽内流体特性研究的现实意义

1．2．1 搅拌槽内流体特性研究

1．2．2 低雷诺数下流体特性研究

1．3 体视粒子成像测速(SPIV)发展及应用

1．4 流场分析及数据处理

1．4．1 图像处理及流场分析

1．4．2 尾涡分析

1．5 本论文主要研究内容

第二章 实验装置与方法

2．1 三维粒子图像测速实验装置

2．1．1 搅拌装置

2．1．2 光路图

2．1．3 三维PIV测试仪器构成

2．2 粘度测定

2．3 相关参数的选择

2．3．1 查询区间

2．3．2 激光时间间隔Δt

2．4 小结

第三章 结果分析与讨论

3．1 低雷诺数流场分析

3．1．1 速度场分析

3．1．2 无因次化湍流动能k／Vtip2值分析

3．1．3 均方根速度分析

3．2 低雷诺数与高雷诺数流场分析比较

3．2．1 相位解析场比较

3．2．2 相位平均场比较

3．3 二维与三维流场对比分析

3．3．1 湍流动能比较

3．3．2 均方根速度对比

3．4 查询区间大小的影响

3．4．1 湍流动能比较

3．4．2 均方根速度对比

3．5 小结

第四章 结论

附录

参考文献

致谢

导师及作者简介