涡轮桨搅拌槽内湍流特性的三维PIV实验研究
涡轮桨搅拌槽广泛应用于化工过程、医药生产、食品加工和生物工程等相关工业生产中。搅拌槽中流场复杂多变，需要一种高效准确的流场测量手段来研究搅拌槽内湍动特性，这是本文的研究重点。
本文在内径为476mm的有机玻璃标准槽内，保持工作介质液面高度同为476mm，分别对Rushton六直叶涡轮桨（RT桨）、CD六半圆叶涡轮桨（CD桨）和HEDT六椭圆叶涡轮桨（HEDT桨）三种不同桨型下搅拌槽内的流场特性进行实验研究。本研究采用高分辨二维PIV技术和三维PIV技术（体视PIV）相结合的相位解析测量方法，主要表征了流场内的平均速度、湍流动能、尾涡特性和湍流各向异性。在相同实验条件下，用λ2、拉米三角形距离等分析方法分别研究同一桨型不同雷诺数的影响（Re=40000、50000、60000、75000和90000）、相同雷诺数不同桨型（RT、CD和HEDT）的影响。实验结果表明:随着径向流桨叶曲率增大，相同工况输入功率减小，切向流动被大大减弱，尾涡结构的保持作用增强，射流偏角被削弱。HEDT桨的尾涡位置处湍动能峰值更高，但湍动能最大值出现在CD桨流场。径向桨叶内流场在桨叶射流区和尾涡结构区偏离各向同性，雷诺数对各向异性的影响不大，桨叶曲率增大，局部各项异性增加，全场各向同性增加，流场得到改善，搅拌效率提高。在高各向异性区域，二维PIV技术在各向同性假设基础上得到的湍动能结果出现失真，绝对数值与三维PIV结果相比过高估计了28％左右。二维三维PIV技术测量的一阶速度及二阶均方根速度等结果基本一致。
本实验给今后在涡轮桨搅拌槽内进行的RT桨、CD桨和HEDT桨实验提供了大量的二维、三维基础数据，对相关数值模拟有一定的参考价值和指导意义。
流动特性;三维示踪粒子成像测速技术;搅拌槽;各向异性
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
李志鹏
2012
中文
TQ021.1
109
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）