双层Rushton桨搅拌槽内流场的PIV研究及POD分析
多层桨搅拌槽在工业过程中应用广泛，研究槽内的流场特性对于提高效率和降低能耗具有十分重要的作用。本文利用粒子图像测速(PIV)技术对双层Rushton桨搅拌槽内合并流流型下的速度、湍流及尾涡特性进行了研究，并采用本征正交分解(POD)方法对搅拌槽内能量的分布和传递特性进行了研究。
本实验的反应器是T=476mm的有机玻璃槽，液面高度H＝T。通过改变激光脉冲时间间隔△t及上下桨叶之间的夹角β来研究这两个参数对于双层Rushton桨搅拌槽内合并流流场的影响。分别在△t=150μs、△t=260μs及△t=400μs三种条件下进行PIV实验，结果显示，△t对于流型、速度及湍流动能的分布影响很小，但是随着△t的增大，数据的波动性增大，准确性有所降低，误差最大能够达到66.7％。同时本实验也分别测量了上下层桨叶夹角β＝0°、15°、30°和45°情况下的流场，结果表明，上下桨叶相对位置不同对于相位平均结果（速度和湍流动能）的影响比较小，但对于相位解析结果则影响较大，同时发现相位角相同情况下的流场具有相似性。在对尾涡的研究中，本文采用λ2准则法来确定尾涡中心的位置。结果显示双层桨尾涡迹线与单层桨的趋势是一致的，即尾涡均产生于叶片的上、下边缘并随着相位角的增加，逐渐的远离桨叶。同时实验还表明尾涡产生的位置对尾涡的运动轨迹有一定的影响，并发现具有相似几何尺寸的搅拌槽内产生的尾涡，其轨迹线比较一致。相应参数△t及β对于尾涡迹线的影响则非常微弱。
本文还采用本征正交分解(POD)分别对双层桨流场和单层桨流场进行了分析，结果显示，POD分析能够仅利用前几个模态就能够获得流场中最主要的特征，并获得相应特征结构的含能量。这也表明了POD分析在提取流场主要特性方面的优越性。
本征正交分解;粒子图像测速;层Rushton桨;槽内流场
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
李志鹏
2012
中文
TQ021.1
86
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）