混凝過程流場形態(tài)的測量與表征.pdf

1、本文采用粒子成像速度場儀（PIV）和數(shù)值模擬（CFD）對Taylor-Couette流場進(jìn)行測量，獲得各轉(zhuǎn)速下渦流場信息。將同等條件下PIV測量結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相聯(lián)系，同時(shí)應(yīng)用Taylor-Couette模型進(jìn)行混凝試驗(yàn)，定量分析反應(yīng)器內(nèi)流場特征與絮凝效果之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過對Taylor-Couette流場的PIV測量、數(shù)值模擬以及混凝試驗(yàn)研究，可以得出以下結(jié)論：
　　1.分析結(jié)果顯示：在小于7 r/min時(shí)，相鄰渦較為獨(dú)立，

2、大小基本相等，各向速度在數(shù)值上均較小，且分布趨勢較為穩(wěn)定；在7 r/min~40 r/min時(shí)，渦大小形態(tài)隨轉(zhuǎn)速和時(shí)間周期性變化，各向速度也隨轉(zhuǎn)速和時(shí)間不斷變化；在40 r/min~63 r/min時(shí)，渦大小相當(dāng)形貌相近，渦流場存在輕微波動(dòng)，相鄰渦間液體傳遞減弱，各向速度隨時(shí)間和轉(zhuǎn)速小幅變化；當(dāng)轉(zhuǎn)速大于63 r/min時(shí)，渦形態(tài)紊亂程度逐漸加劇，各向速度波動(dòng)較為劇烈。所以，Taylor-Couette流場轉(zhuǎn)速范圍劃分為小于7r/min、

3、7~40r/min、40~63r/min和大于63r/min四個(gè)區(qū)間。
　　2.通過對比分析相同條件下PIV測量結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)各種渦形態(tài)特征對應(yīng)的轉(zhuǎn)速存在一定的轉(zhuǎn)速分段范圍，各分區(qū)范圍內(nèi)的各轉(zhuǎn)速相應(yīng)的各向速度所顯示出來的特征很相近，而不同分區(qū)下各轉(zhuǎn)速相應(yīng)的各向速度所顯示出來的特征均不一樣。定量分析了小于7 r/min、7 r/min~40 r/min、40 r/min~63 r/min和大于63 r/min四個(gè)轉(zhuǎn)速范圍分

4、別代表四個(gè)不同的渦流場形態(tài)。
　　3.通過對比不同混凝劑投加量下的混凝效果可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速小于7r/min時(shí)，絮體粒徑分布不均勻，去除率較低，當(dāng)轉(zhuǎn)速為7~40r/min時(shí)，大絮體數(shù)量隨著轉(zhuǎn)速的升高而增加，且分布均勻，去除率較高，當(dāng)轉(zhuǎn)速為40~63r/min時(shí)，絮體粒徑減小，去除率降低，當(dāng)轉(zhuǎn)速大于63r/min時(shí)，細(xì)小絮體數(shù)量增多，去除率較低。因此不同混凝劑投加量時(shí)，在不同轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)時(shí)，混凝效果明顯不同，充分驗(yàn)證了渦流場轉(zhuǎn)速范圍劃分的正

5、確性。
　　4.為了進(jìn)一步驗(yàn)證渦流場轉(zhuǎn)速劃分的準(zhǔn)確性，通過對比不同助凝劑投加量的混凝效果可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速小于7r/min時(shí)，不同助凝劑投加量下均能生成較大絮體，但粒徑分布不均勻，去除率較低，且隨轉(zhuǎn)速變化不大，當(dāng)轉(zhuǎn)速為7~40r/min時(shí)，較大粒徑絮體數(shù)量明顯增加，粒徑分布均勻，去除率較高，當(dāng)轉(zhuǎn)速為40~63r/min時(shí)，絮體粒徑減小，但隨著助凝劑投加量的增加，能夠生成較大絮體，去除率隨著助凝劑投加量的增加而升高，當(dāng)轉(zhuǎn)速大于63r/mi