探究搅拌槽内三维流动场的实验测量与数值模拟

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1、北京化工大学硕士学位论文搅拌槽内三维流动场的实验测量与数值模拟姓名：聂毅强申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：旋力田;包雨云2001.5.30r北京化丁大学硕上学位论文摘要382615本文对简化的粒子成像测速技术(PIV)，利用AUTOCAD的二次开发工具简化了图像处理过程，节省了数据采集时间，提高了测量精确度，并适于处理清晰度较差的流场图像，使其适用于大尺寸、流质透明度较差的搅拌槽体系的流场测量。PIV法能够测量同一时刻流场中某一平面上许多点的瞬时速度，保留了流场空间结构信息，适用于搅拌槽内强非定态流场的测量。而单点测量技术不会记录下瞬态流场的空间相关信息。将改进

2、的PIV技术应用于搅拌槽内质量分数为0．6％CMC水溶液和清水流动场的测量，比较了输入功率相同时CBY桨和PBT桨，在不同转速(两个转速)，不同桨层数(单、双层)在o．6％CMC水溶液和清水中的流场特性。f清水中CBY桨和PBT桨以轴向流动为主，PBT桨有较大的径、切向速度；O．6％CMC水溶液中CBY桨和PBT桨切向流占优势，单层桨不能形成良好的轴向循环；增加转速有利于提高轴向流动；双层桨在桨间存在停滞流，不利于全流场轴向循环的形成，尤其以双层PBT桨在o．6％CMC水溶液流场最明显。广7利用计算流体力学软件CFX对实验条件下的单层CBY桨和PBT桨在清水中，两种转速的

3、流场和单层PBT桨在O．6％CMC水溶液的流场进行了模拟，并与实验结果进行r比较。数值模拟的流场图与实验流场图基本一致，不同位置轴向时均速度的模拟值与实验值吻合很好，但最大值偏大。径向、切向时均速度与实验值有一定的差别。关键词：流场，非牛顿流体，流动场测量，PIV技术，搅拌槽——一!!圣些三奎兰堡圭兰堡篁兰EXPERIMENTALSTUDYANDNUMERICALSIMULATIoNoFTHEFLoWFIELDoFNEWToNIANANDNoN—NEWTONIANFLUIDINSTIRREDVESSELSABSTRACTAmodifiedParticlelinageVel

4、ocimetry(P[V)wasdevelopedinthisworkwithsimplifieddataacquisitionandimageprocessingsystem．ThemodifiedPIVcouldbeusedintheflowfieldmeasurementofbigsizetankandpoortransparencefluid．Experimentswerecarriedoutinabamedstirredtankof0．5mdiameterfilledw汕O．6wt％CMCaqueoussolutionandwaterrespectively．T

5、heflowfieldsgeneratedbya4一blade45。pitched·bladeturbine(PBT)anda2．bladeCBYatdifferentrotationalspeedsweremeasuredbyusingthemodifiedPIVAlsothesimilarflowfieldsbutgeneratedbydouble45。PBTsanddouble2-bladeCBYsweremeasured．A1lthecomparableexperimentswerecarriedoutatthesam_epowerinput．Thevelocit

6、yfieldsweredominatedbyaxialflowinwaterbutbytangentandradialflowinO．6％CMCaqueoussolution．Themoretherotationalspeed．themoreapparentthetrendofaxialflow；Thereexiststagnantareabetweenthetwoimpellors，especiallyintheflowfieldsgeneratedbydoublePBTs，whichseriouslyhamperedtheaxialflow．Theflowfields

7、atthesameconditionswiththoseoftheexperimentswerenumericallysimulatedbytheCFD(ComputationalFluidDynamics)soft、：vare—CFX．Thesimulationresultsapproximatelyagreedwiththeexperimentaldata，especiallyinthetrendofthevelocitycurvesGenerally,thesimulationvelocitycurvesweresmoo