检索结果-内蒙古大学图书馆

化工学报 2017年第11期68卷 4069-4078页

作者：施乃进周勇军鲍苏洋辛伟陶兰兰南京工业大学机械与动力工程学院江苏南京211816 江苏省特种设备安全监督检验研究院国家化工设备质量监督检验中心江苏苏州215600

分别用体三维速度测量技术(volumetric three-component velocimetry measurements,V3V)和大涡模拟(large eddy simulation,LES)方法对涡轮桨搅拌槽内流场进行研究,发现在完全湍流状态下,涡轮桨搅拌槽内流场的量纲1相平均速度及湍动能... 详细信息

分别用体三维速度测量技术(volumetric three-component velocimetry measurements,V3V)和大涡模拟(large eddy simulation,LES)方法对涡轮桨搅拌槽内流场进行研究,发现在完全湍流状态下,涡轮桨搅拌槽内流场的量纲1相平均速度及湍动能分布同Reynolds数无关。用V3V方法实现了Rushton桨叶附近三维流场的重构;探讨尾涡的三维结构及运动规律;分析了叶片后方30°截面轴向、径向和环向速度沿径向分布规律。用V3V实验结果对比了2D-PIV(particle image velocimetry)数据中的尾涡涡对位置和涡量,涡对位置吻合度较好,但2D-PIV中涡量较V3V小37.5%;通过大涡模拟得到完整的尾涡结构,发现在叶片上边缘后侧存在一个和尾涡形成方式相同但不成对出现的涡结构;将大涡模拟结果和2D-PIV及V3V实验结果对比发现,大涡模拟在速度分布及尾涡运动轨迹方面均同实验结果吻合较好,表明大涡模拟能较好地预测涡轮桨搅拌槽内流场。

关键词： V3V PIV 大涡模拟尾涡涡轮桨

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涡轮桨搅拌槽内流场特性的V3V实验

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化工学报 2016年第11期67卷 4580-4586页

作者：鲍苏洋周勇军王璐璐辛伟陶兰兰南京工业大学机械与动力工程学院江苏南京211816 江苏省特种设备安全监督检验研究院国家化工设备质量监督检验中心江苏苏州215600

用体三维速度测量技术（volumetric three-component velocimetry measurements,V3V）实验研究了涡轮桨搅拌槽内桨叶附近流场。通过速度数据得到三维流场特性,确定尾涡三维结构;分析了叶片后方30°截面轴向、径向和环向速度沿径向... 详细信息

用体三维速度测量技术（volumetric three-component velocimetry measurements,V3V）实验研究了涡轮桨搅拌槽内桨叶附近流场。通过速度数据得到三维流场特性,确定尾涡三维结构;分析了叶片后方30°截面轴向、径向和环向速度沿径向分布规律;对比了V3V和2D-PIV（particle image velocimetry）径向和轴向速度,发现速度分布吻合较好,特别是尾涡所在的射流区。用2D-PIV方法对尾涡发展规律进行研究,发现受流体自由液面影响,尾涡轨迹向上倾斜,并与水平方向成10°,上、下尾涡运动轨迹不对称,下尾涡运动比上尾涡稍快,衰减亦较快,这与V3V实验结果一致;叶片后方60°尾涡依然清晰可见。用V3V和2D-PIV方法对桨叶附近湍流各向同性假设进行了分析,发现桨叶区和尾涡所在位置湍动能被各向同性假设近似法高估了25%～33%,桨叶区和尾涡所在位置趋向于各向异性。

关键词： V3V PIV 尾涡涡轮桨流场各向同性

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涡轮桨搅拌槽内流动特性的大涡模拟

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高校化学工程学报 2007年第4期21卷 592-597页

作者：李志鹏高正明北京化工大学化学工程学院北京100029

利用大涡模拟方法研究了涡轮桨搅拌槽内的流动特性,采用了三种亚格子模式:标准Smagorinsky-Lilly模式(SLM)、Smagorinsky-Lilly动力模式(DSLM)和亚格子动能动力模式(DKEM),并将模拟结果与标准k-ε模型及文献实验数据进行了详细的比较。... 详细信息

利用大涡模拟方法研究了涡轮桨搅拌槽内的流动特性,采用了三种亚格子模式:标准Smagorinsky-Lilly模式(SLM)、Smagorinsky-Lilly动力模式(DSLM)和亚格子动能动力模式(DKEM),并将模拟结果与标准k-ε模型及文献实验数据进行了详细的比较。结果表明:大涡模拟方法可获得搅拌槽内的瞬态流场;对桨叶区时均速度及湍流动能的预测与实验数据相吻合,比标准k-ε模型计算结果有明显改进,三种亚格子模型中DSLM和DKEM模拟结果更好。同时分析了大涡模拟中桨叶端部附近湍流动能估计偏差的原因,发现主要是由于对轴向湍流均方根速度的预测偏差造成的。大涡模拟方法为搅拌槽内非稳态、周期性的湍流流动和湍流特性的研究提供了强有力的工具。

关键词：计算流体力学(CFD) 大涡模拟(LES) 流动特性搅拌槽涡轮桨

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涡轮桨搅拌槽内流场的数字PIV测量

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清华大学学报（自然科学版） 2003年第12期43卷 1605-1608页

作者：樊建华饶麒王运东费维扬清华大学化学工程系北京100084

为研究机械搅拌槽内的流场特性,用数字粒子图像测速仪对桨叶直径与搅拌槽直径比约为0.5的涡轮桨搅拌槽内流场进行了测量。实验发现测量值随时间的随机脉动非常剧烈,为准确获取时均速度场,确立了多采样点平均的实验方法并进而找出了最佳... 详细信息

为研究机械搅拌槽内的流场特性,用数字粒子图像测速仪对桨叶直径与搅拌槽直径比约为0.5的涡轮桨搅拌槽内流场进行了测量。实验发现测量值随时间的随机脉动非常剧烈,为准确获取时均速度场,确立了多采样点平均的实验方法并进而找出了最佳采样点数。在获取的时均速度场的基础上计算了流量准数、涡量和湍动能的分布,考察了转速和测量面位置对流场的影响。结果表明:湍动能分布不均匀,在叶轮区较高,而在主体区较小;由于自由液面的作用,湍动能在高度方向上呈非对称性分布,并且这种非对称性随转速的变化而变化。

关键词：涡轮桨搅拌槽流场数字PIV测量数字粒子图像测速

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涡轮桨搅拌槽内单循环流动特性的大涡模拟

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过程工程学报 2007年第5期7卷 900-904页

作者：李志鹏高正明北京化工大学化学工程学院北京100029

利用大涡模拟方法研究了涡轮桨搅拌槽内的单循环流动特性,采用Smagorinsky-Lilly动力亚格子模式,与文献实验及模拟数据进行了详细的比较.结果表明,叶片后方的双尾涡偏向槽底运动,上尾涡在30o处已开始衰减.800000个非均匀分布的计算网格... 详细信息

利用大涡模拟方法研究了涡轮桨搅拌槽内的单循环流动特性,采用Smagorinsky-Lilly动力亚格子模式,与文献实验及模拟数据进行了详细的比较.结果表明,叶片后方的双尾涡偏向槽底运动,上尾涡在30o处已开始衰减.800000个非均匀分布的计算网格和30个桨叶旋转周期的样本数据统计可获得准确的大涡模拟数据.时均速度、均方根速度和湍流动能的大涡模拟值与实验数据一致,而k-ε模型的模拟值与实验不符.桨叶区呈现较强的各向异性,这是导致k-ε模型预测不准确的主要原因.对于搅拌槽内的复杂流动,大涡模拟方法是一个非常有效的工具.

关键词：大涡模拟(LES) 计算流体力学(CFD) 搅拌槽涡轮桨

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涡轮桨搅拌槽内混合过程的数值模拟

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北京化工大学学报（自然科学版） 2004年第6期31卷 24-27,32页

作者：张国娟闵健高正明牛国瑞施力田北京化工大学化学工程学院北京100029

文中采用FLUENT软件对六直叶涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟 ,选用多重参考系法(MRF)及标准k ε模型 ,将速度场与浓度场方程分开进行求解 ,所得的混合时间的模拟结果与实验值相吻合。同时用计算机流体力学 (CFD)方法研究了不... 详细信息

文中采用FLUENT软件对六直叶涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟 ,选用多重参考系法(MRF)及标准k ε模型 ,将速度场与浓度场方程分开进行求解 ,所得的混合时间的模拟结果与实验值相吻合。同时用计算机流体力学 (CFD)方法研究了不同的加料点、监测点位置及操作条件对混合时间的影响规律 ,模拟结果表明 :混合过程主要由搅拌槽内的流体流动所控制 ,混合时间与加料点及监测点位置密切相关。研究结果对于工业搅拌反应器的优化具有一定的参考意义。

关键词：混合时间计算流体力学(CFD) 数值模拟搅拌槽涡轮桨

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无挡板涡轮桨搅拌槽内湍流流动的分离涡模拟

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过程工程学报 2009年第4期9卷 641-646页

作者：杨锋苓周慎杰张翠勋山东大学机械工程学院山东济南250061

采用分离涡模型对无挡板涡轮桨搅拌槽内的湍流流动进行了研究,重点分析了流场结构和速度分布,以检验该模型模拟搅拌槽内流体流动的有效性和正确性.为了加快收敛,先采用标准k-ε模型进行稳态流场计算,并以此结果为初始值进行分离涡模拟.... 详细信息

采用分离涡模型对无挡板涡轮桨搅拌槽内的湍流流动进行了研究,重点分析了流场结构和速度分布,以检验该模型模拟搅拌槽内流体流动的有效性和正确性.为了加快收敛,先采用标准k-ε模型进行稳态流场计算,并以此结果为初始值进行分离涡模拟.与现有文献大涡模拟及实验结果对比表明,分离涡模型能捕捉槽内流体的瞬时流动特征,获得的时均速度分布与大涡模拟及实验结果吻合较好,其中对切向速度分布的预测误差不超过7%,对径向速度分布的预测精度则低一些,局部误差接近12%.分离涡模型适用于无挡板涡轮桨搅拌槽内湍流流动的模拟,能获得与大涡模拟相近的结果,且计算量更小(约为大涡模拟的1/3).

关键词：涡轮桨搅拌槽湍流分离涡模拟

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涡轮桨搅拌槽内流动特性的实验研究和数值模拟

涡轮桨搅拌槽内流动特性的实验研究和数值模拟

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作者：李志鹏北京化工大学

学位级别：博士

涡轮桨搅拌槽广泛应用于化工、生物、食品和制药等工业过程，其内部的流动特性对工业设计及优化具有重要影响。因此，本文从PIV测量和CFD数值模拟两方面对多种桨叶及流型下搅拌槽的流动特性进行深入研究，为其应用基础研究及优化设计提... 详细信息

涡轮桨搅拌槽广泛应用于化工、生物、食品和制药等工业过程，其内部的流动特性对工业设计及优化具有重要影响。因此，本文从PIV测量和CFD数值模拟两方面对多种桨叶及流型下搅拌槽的流动特性进行深入研究，为其应用基础研究及优化设计提供指导和参考。本文在直径为0.476 m的平底有机玻璃搅拌槽内，保证液位高与槽直径相等，利用相位解析的高分辨率PIV测试技术，对多种复杂流型下桨叶的尾涡结构、平均速度、脉动速度和湍流动能进行实验研究。其中Rushton涡轮桨的各流型通过改变桨叶层数、直径及离底距离来实现，而曲面涡轮桨则采用标准双循环流型。结果表明：桨叶后方的双尾涡结构在所有涡轮桨的任意流型下都会出现，但其发展历程及运动轨迹各不相同；相位平均实验结果中，高湍流动能区主要集中在叶端射流区附近，而相位解析结果中，高湍流动能分布区位于两反向旋转尾涡的汇合区附近，且随尾涡的运动向槽内其它区域传递；单循环流型下，几何结构完全相同时，雷诺数的变化对无因次化的速度和湍流动能几乎没有影响，但几何结构相似时，局部区域的流动存在差异；流型分布与桨叶直径及离底距离密切相关，降低离底距离可使流型从双循环向单循环转变，但此时增加桨叶直径流型又会从单循环转变为双循环；曲面形状对涡轮桨的尾涡结构和高湍流动能分布区影响显著，叶片形状趋于流线型时尾涡衰减较快，湍流动能也迅速降低。在FLUENT软件的基础上编写了大涡模拟的数据统计及处理程序，对单层Rushton涡轮桨搅拌槽的双循环和单循环流型进行大涡数值模拟，并与PIV实验及κ-ε模型计算结果进行比较，同时分析亚格子模式及网格模型对大涡模拟结果的影响。结果表明：大涡模拟方法能够反映搅拌槽内复杂的非稳态特性；标准κ-ε模型对双循环流型下平均速度的预测与实验基本吻合，湍流动能的计算值略偏低，但其得到的单循环流型的速度及湍流动能分布与实验明显不符；大涡模拟方法预测的双循环流型的湍流动能分布比κ-ε模型准确，对单循环流型的速度及湍流量的估计较κ-ε模型有根本上的改善；不同亚格子模式之间没有显著的差别，网格较密的区域DSL模式比SSL和DKE模式略好。利用大涡模拟方法研究了双层Rushton涡轮桨搅拌槽内的平行流、合并流和分散流等流型的特性，讨论了边界条件和数据处理方法对计算结果的影响，结果表明：大涡模拟在预测双层桨复杂流动方面比κ-ε模型有显著改善；边界条件需尽量与实际物理模型保持一致；湍流特性数据应采用相位平均和相位解析方法处理，以避免桨叶旋转运动引入拟湍流成份。采用Realizableκ-ε湍流模型，对多种曲面涡轮桨的压力系数及速度分布进行数值模拟，分析了叶片形状对流动特性的影响，并针对半椭圆管涡轮桨提出改进的方法。结果表明：Realizableκ-ε模型对Rushton涡轮桨的功率准数和桨叶表面压力系数的预测与实验数据吻合很好；半圆管涡轮(CD)叶片表面及后方的负压区范围较Rushton涡轮显著降低；四种曲面涡轮桨之间，压力系数的绝对值由低到高的顺序依次为：抛物线形涡轮B(PT-B)、抛物线形涡轮A(PT-A)、半椭圆管涡轮(HEDT)及半圆管涡轮(CD)；随曲面涡轮桨叶片形状的不断流线型化，背流面上流动的分离点向尾部靠近；叶端负压区随尾涡运动沿径向方向发展，其中心与尾涡中心不重合；HEDT叶端处采用水平槽结构可降低负压区的分布，也可减弱叶端处的涡结构。

关键词：流动特性 PIV 大涡模拟 CFD 涡轮桨搅拌槽

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涡轮桨搅拌槽内湍流特性的V3V实验及大涡模拟

涡轮桨搅拌槽内湍流特性的V3V实验及大涡模拟

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作者：鲍苏洋南京工业大学

学位级别：硕士

搅拌桨作为搅拌槽内流体的唯一动力来源，其设计及选择很大程度上决定了流体的混合效果，六直叶圆盘涡轮桨(standard Rushton turbine impeller)因其优异的性能，常被用于液-液及气-液体系。尾涡作为涡轮桨搅拌槽内流场的显著特征，其... 详细信息

搅拌桨作为搅拌槽内流体的唯一动力来源，其设计及选择很大程度上决定了流体的混合效果，六直叶圆盘涡轮桨(standard Rushton turbine impeller)因其优异的性能，常被用于液-液及气-液体系。尾涡作为涡轮桨搅拌槽内流场的显著特征，其湍流动能很高，对反应过程影响显著。搅拌槽内三维流场，尤其是桨叶附近湍流特性的研究对于搅拌桨设计及改进就显得尤为重要。本文分别用体三维速度测量技术(V3V)、2D-PIV及大涡模拟(LES)方法，对涡轮桨搅拌槽内流场进行研究，并用V3V方法对桨叶附近湍流区进行重点研究;探讨流场速度分布规律，尾涡的三维结构及运动规律;用V3V和2D-PIV对搅拌槽内桨叶附近流场各向同性假设进行了分析;并对三种研究方法进行了对比，为大涡模拟在流场研究及新型桨叶开发方面的应用及改进提供参考。\n 本文的主要研究工作和得到的结论如下:\n (1)用V3V和2D-PIV方法分别对Rushton桨叶附近流场进行测量，发现双循环流型情况下，桨叶前端射流流体的轴向速度向上;无挡板涡轮桨搅拌槽内存在强环流现象。对比V3V和2D-PIV的u，v分布规律及流场云图分布，发现两种方法研究结果吻合很好，尤其是在桨叶射流区;且发现实验结果明显存在湍流脉动影响，导致部分位置速度波动较明显。\n (2)用V3V和2D-PIV方法分别对不同Re情况下流场无因次相平均速度及湍动能分布进行了分析。结果表明:当流体达到完全湍流状态(Re＞40000)，涡轮桨搅拌槽内流体的无因次相平均速度及湍动能分布同雷诺数无关。\n (3)通过V3V及2D-PIV方法对比研究了涡轮桨搅拌槽内尾涡的三维结构及发展规律，发现下尾涡运动比上尾涡稍快，且下涡量耗散亦较快;由于受双循环流型及自由液面影响，尾涡涡量等值面轴线显然与水平面不平行，且有明显向上运动的趋势;高速射流区位于两反向旋转尾涡的汇合区附近，且尾涡运动稍滞后于高速射流区;由于尾涡的不断耗散，随着θ的增大，尾涡结构连续性变差，尾涡在θ=60°时基本消失。\n (4)用V3V（u，v，w）速度计算湍动能，用V3V(u，v)和2D-PIV（u，v）速度根据各向同性假设预测湍动能，发现桨叶附近和尾涡所处的射流区，基于各向同性假设计算湍动能较用(u，v，w)直接计算得到湍动能大25％～33％，而其余位置差别小于10％。因此，在叶片附近和尾涡所在湍流区域趋于各向异性，其余位置则满足各向同性假设。在叶片附近和尾涡所在各向异性湍流区，基于各向同性假设预测环向速度的2D-PIV方法不可靠。\n (5)对涡轮桨搅拌槽内流场进行了大涡模拟研究，并将模拟结果同实验数据进行了对比。结果表明:大涡模拟结果同2D-PIV及V3V实验结果吻合较好;模拟得到完整的尾涡结构，发现下尾涡在θ=60°附近消失，上尾涡在90°才耗散完毕，在θ＞40°时，受湍流随机脉动影响很大，部分尾涡结构出现不连续现象;在叶片上边缘后侧存在一个和尾涡形成方式相同，但不成对出现的涡结构，该结构规律性较差，且随着角度增大，涡沿轴向向下、径向向外运动;按照尾涡鉴别方法，该涡在θ=40°附近即耗散完毕。

关键词：搅拌槽涡轮桨三维速度测量大涡模拟湍流特性

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涡轮桨变速搅拌槽内湍流混合的实验研究

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燕山大学学报 2010年第4期34卷 313-317页

作者：杨锋苓曹明建山东大学机械工程学院山东济南250061 山东省科学院山东天力干燥公司山东济南250014

以NaCl颗粒在水中的溶解为例,对湍流状态下周期性变速旋转的(改变桨叶转向或速度大小,分别称为周期性换向搅拌和周期性依时搅拌)Rushton桨搅拌槽内的混合特性进行了实验研究,并与稳速搅拌进行了对比。实验过程中测量了不同搅拌模式、不... 详细信息

以NaCl颗粒在水中的溶解为例,对湍流状态下周期性变速旋转的(改变桨叶转向或速度大小,分别称为周期性换向搅拌和周期性依时搅拌)Rushton桨搅拌槽内的混合特性进行了实验研究,并与稳速搅拌进行了对比。实验过程中测量了不同搅拌模式、不同桨叶安装高度时颗粒的溶解时间,结果证明,搅拌槽底部的流型对NaCl的溶解有重要影响;桨叶安装高度对溶解速度的影响不大,周期性依时搅拌时的溶解时间比稳速搅拌时稍短,而周期性换向搅拌则能明显加快溶解速度,提高混合效率。

关键词：涡轮桨搅拌槽变速搅拌湍流混合

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