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错位搅拌桨混合性能的研究

作　者: 石磊
导　师: 周慎杰
学　校: 山东大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 错位搅拌桨搅拌槽离底高度数值模拟混合性能
分类号: TQ051.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

搅拌与混合是化学工程和生物工程中最常见的单元操作之一,机械搅拌设备广泛应用于化工、食品、制药、冶金、造纸、石油等过程工业。搅拌设备中搅拌器的设计占有重要地位,其功能是提供各过程所需要的能量和适宜的流动状态,搅拌器结构对流场影响很大,而流场是决定搅拌效率和性能的关键因素。错位圆盘涡轮搅拌器是在标准六直叶圆盘涡轮搅拌器的基础上进行改进的得到的,本文采用数值模拟与实验相结合的方法来研究错位六直叶圆盘涡轮桨的混合性能。综合对比了标准六直叶圆盘涡轮桨与错位六直叶圆盘涡轮桨搅拌槽内的流场及宏观特性参数,并分析了错位桨离底高度变化对流场的影响规律。研究结果表明,在相同操作条件下,错位圆盘涡轮桨搅拌槽内的流场分布优于标准桨,由于流场的非对称性,错位桨能够有效的促进桨叶上部流体的混合,明显改善桨叶下方流体的混合效果。错位圆盘涡轮桨的排出流量准数是标准圆盘涡轮桨的1.7倍,混合效率提高了10%左右。不管在层流还是湍流状态下,改变错位搅拌桨离底间隙,可以加强搅拌槽内的轴向流动,使流场由径流型变成轴流型。层流状态下,C=0.15D时,上叶片下部存在涡流循环；而湍流状态下,C=0.18D时,整个槽内流场结构由径流型变成了轴流型。这表明流动状态能够影响搅拌槽内流型,错位桨搅拌槽内流型随离底高度的变化规律与标准桨搅拌器的不同。层流下减小离底高度会降低功率消耗,增加混合时间,不利于提高混合效率湍流下降低离底高度能够同时减少功率消耗与混合时间,混合效率提高了45%。实验测得的搅拌器功率准数与模拟结果在层流下吻合较好,湍流下受湍流模型假设的影响,使得功率准数的模拟值偏小20%,但两者的变化规律基本相同,验证了数值模拟的正确性。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
符号说明  12-13
第1章绪论  13-21
  1.1 研究背景及意义  13-14
  1.2 国内外研究现状  14-20
    1.2.1 新型搅拌器的研究进展  14-15
    1.2.2 CFD在搅拌研究中的应用  15-17
    1.2.3 桨叶位置对混合过程影响的研究现状  17
    1.2.4 错位搅拌桨性能研究现状  17-18
    1.2.5 宏观特性研究  18-20
  1.3 主要研究内容  20-21
第2章搅拌桨扭矩测量实验  21-25
  2.1 引言  21
  2.2 实验设备  21-22
  2.3 实验介质  22-23
  2.4 实验步骤  23-24
  2.5 实验结果  24
  2.6 本章小结  24-25
第3章搅拌槽内流场数值模拟  25-33
  3.1 引言  25-26
  3.2 几何模型及网格划分  26-27
  3.3 加料点及监测点位置  27-28
  3.4 模拟方法选择及步骤设定  28-31
    3.4.1 多重参考系模型  28-29
    3.4.2 数值模拟步骤  29-31
  3.5 本章小结  31-33
第4章错位搅拌桨流场与特性研究  33-49
  4.1 引言  33
  4.2 流场模拟结果分析  33-41
    4.2.1 流场云图分析  33-35
    4.2.2 垂直速度场分析  35-38
    4.2.3 水平速度场分析  38-41
  4.3 宏观特性结果分析  41-48
    4.3.1 功率准数计算  41-42
    4.3.2 排出性能对比  42-43
    4.3.3 示踪剂浓度变化图  43-45
    4.3.4 混合时间对比  45-46
    4.3.5 混合效率计算分析  46-48
  4.4 本章小结  48-49
第5章离底高度对错位搅拌桨混合特性的影响  49-59
  5.1 引言  49
  5.2 流型转变结果分析  49-51
  5.3 三维流场分析  51-55
    5.3.1 水平速度场分析  51-53
    5.3.2 垂直速度场分析  53-55
  5.4 宏观特性影响分析  55-58
    5.4.1 功率准数结果分析  55
    5.4.2 示踪剂浓度变化图  55-57
    5.4.3 混合时间变化规律  57-58
    5.4.4 混合效率对比分析  58
  5.5 本章小结  58-59
总结与展望  59-61
参考文献  61-67
附录  67-69
攻读学位期间发表的学术论文  69-71
致谢  71-72
学位论文评阅及答辩情况表  72

错位搅拌桨混合性能的研究

内容摘要

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