柔性桨叶搅拌槽内流固耦合特性的研究
搅拌是化工工业中常用的操作单元，搅拌槽内结构受力情况及流体流动情况对化工过程的安全和高效生产有着重要影响。挡板、桨轴等构件受流体冲击作用产生形变，形变影响周围流体运动，加剧流动的不稳定性，从而使搅拌结构产生二次形变。搅拌槽内这种流体与结构的相互作用称为流固耦合现象(FSI，Fluid-Structure Interaction)。 本文在直径为480 mm全挡板圆形搅拌槽内进行实验，采用超弹性NiTi合金制作柔性桨叶，利用高速相机进行高频拍摄，捕获不同转速下柔性桨叶变形，统计得到各转速下桨叶的平均变形并探究其振动特性。发现平衡位置、位移幅值、幅值波动量均随转速的提高而增大，挡板对叶片的变形量有一定影响，挡板位置处叶片变形量小，挡板间叶片变形量大。根据柔性桨叶的平均变形采用高碳钢制作刚性弯叶桨叶，通过高精度三分量力矩传感器获取刚性桨轴端力矩（弯矩和扭矩），发现相同转速下，柔性桨叶的弯矩略高于刚性弯叶桨叶，弯矩幅值分布差别很小，而扭矩则明显大于刚性弯叶桨叶。 采用PIV技术，测量同转速和同功率两种情况下的两种桨叶的相位解析流场，并获得相位平均流场。发现同转速和同功率条件下，两种桨叶速度基本一致;尾涡运动相似，柔性桨尾涡位置在径向上更靠近槽壁;各相位高湍流动能区及高湍流动能耗散区柔性桨均较刚性弯叶桨大，而且高值区域在径向上更远离桨叶。柔性桨叶的摆动对桨叶区的流体运动有较大影响，将流体的能量向径向位置传递。
搅拌槽;柔性桨叶;流固耦合
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
高正明
2017
中文
TQ051.72
97
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）