偏心攪拌槽內(nèi)流場(chǎng)及固體懸浮特性的研究.pdf

1、攪拌與混合操作是石油、化工、生物、制藥等行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛的單元操作之一，經(jīng)常涉及到物料的傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)，對(duì)攪拌槽內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行研究是分析這些過程的基礎(chǔ)。攪拌技術(shù)的核心任務(wù)就是要弄清對(duì)于某類攪拌所需要的流場(chǎng)，應(yīng)該使用何種操作方式才能以最小的能耗獲得適宜的流場(chǎng)，從而達(dá)到預(yù)期的攪拌效果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)90年代世界化學(xué)工業(yè)中由于攪拌設(shè)備的不合理所造成的損失每年為100億美元以上。因此，需要從流體力學(xué)基礎(chǔ)理論出發(fā)，對(duì)攪拌槽內(nèi)流動(dòng)特性和固體懸

2、浮特性進(jìn)行研究，以促進(jìn)攪拌理論的進(jìn)一步發(fā)展。偏心攪拌是從改變攪拌槽的空間結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過攪拌槳偏心安裝來提高攪拌槽內(nèi)流體的動(dòng)力學(xué)擾動(dòng)，從而獲得適宜的流場(chǎng)。近年來，偏心攪拌由于其特殊的性能，引起了人們的研究興趣，但至今仍處于探索階段。
　　 本文在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“軸流式葉輪內(nèi)部非穩(wěn)態(tài)空化流的研究”(No.50776040)和江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(蘇財(cái)教[2011]8號(hào))的資助下，以偏心攪拌槽內(nèi)液相和固液兩相為研究對(duì)

3、象，對(duì)不同偏心率下的液相流場(chǎng)以及固體懸浮特性進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，主要工作及所取得的研究成果如下：
　　 1、介紹了偏心攪拌的研究背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，闡述了偏心攪拌的研究目的、意義，以及論文的主要研究內(nèi)容。
　　 2、從理論、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究三個(gè)方面對(duì)目前學(xué)術(shù)界研究攪拌槽內(nèi)流場(chǎng)的手段進(jìn)行了綜述，簡要介紹了各種數(shù)值計(jì)算方法的應(yīng)用和PIV測(cè)量原理，最后確定了本文的研究方法。
　　 3、運(yùn)用三維造型軟件Pro/E對(duì)

4、計(jì)算區(qū)域進(jìn)行三維造型，利用前處理軟件Gambit進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，并利用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent對(duì)偏心攪拌槽內(nèi)液相流場(chǎng)以及固體懸浮特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了不同偏心率下軸向縱截面內(nèi)的流型以及轉(zhuǎn)速、偏心率等因素對(duì)顆粒懸浮特性的影響規(guī)律。
　　 4、在前人研究的基礎(chǔ)上，通過搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)，利用高速數(shù)碼攝像、PIV和固體激光發(fā)生器等對(duì)偏心攪拌槽內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并與數(shù)值計(jì)算進(jìn)行了對(duì)比分析，得到的主要結(jié)論有：(1)偏心攪拌