攪拌槽內(nèi)混沌混合的數(shù)值模擬.pdf

1、攪拌混合設備是一種典型的過程設備，在工業(yè)上中有著廣泛的應用。而在工業(yè)應用中，很多情況下，只能進行層流操作，攪拌速度很低限制了混合效率的提高。 通過實驗驗證當Re<500時，在層流攪拌槽中會存在隔離區(qū)，并影響著攪拌效率。隨著非線性理論與混沌理論的發(fā)展，人們開始利用混沌現(xiàn)象來加強層流狀態(tài)下流體的混合操作。通過破壞隔離區(qū)，在整個槽內(nèi)形成混沌區(qū)，可以有效地提高混合效率，縮短混合時間，在工程應用中有著廣闊的前景。 本文通過對六直葉

2、渦輪葉片的攪拌槽模型進行數(shù)值模擬，對于雷諾數(shù)低于100的層流混合，進行拉格朗日粒子軌跡計算和拉伸計算，證明瞬態(tài)流場內(nèi)部不僅存在局部混沌，也存在全局性的混沌并且拉伸率越高的區(qū)域混合速度越快。 通過龐加萊截面可以確定攪拌槽內(nèi)不同情況下的混沌區(qū)和隔離區(qū)的位置。通過追蹤90個粒子1000個周期內(nèi)的軌跡，求解各點軌跡與設定平面的交點可以得到龐加萊截面圖，以實現(xiàn)對流場分布的描述。 通過有限時間內(nèi)的拉伸指數(shù)計算，得出在隔離區(qū)由于拉伸值

3、呈線性增長，會得到很低的拉伸值，從可以確定隔離區(qū)的具體位置并對混沌力進行量化分析，以展示混沌的靜態(tài)狀態(tài)和混沌的局部狀態(tài)。拉伸指數(shù)計算是于初始時刻在θ=0°平面內(nèi)標記10000個單位矢量，經(jīng)過200個周期運行，計算出最后一個周期的各矢量的變化率(λ)，從而得到每一點的拉伸指數(shù)。 本文利用FLUENT軟件二次開發(fā)語言UDF，通過對流體方程的求解計算，實現(xiàn)了對粒子軌跡及拉伸指數(shù)的計算，從而得到了二維的龐加萊截面及拉伸指數(shù)分布圖，以確定