新型復(fù)合攪拌槳自吸氣過程機理及氣液分散特性研究.pdf

1、本文針對一種表面吸氣式長槳短葉片復(fù)合攪拌器（LSB攪拌槳），采用實驗研究與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對該LSB槳在平底攪拌釜內(nèi)的自吸氣過程及氣液分散特性進行研究。分別考察了操作條件及攪拌釜結(jié)構(gòu)參數(shù)，如液位高度、擋板到釜壁的距離、液體性質(zhì)、反應(yīng)釜的幾何尺寸等，對臨界攪拌轉(zhuǎn)速(NC)的影響，并對攪拌釜內(nèi)氣泡大小及其分布進行測量與分析。
　　首先，用觀察法對臨界攪拌轉(zhuǎn)速進行定義，當固定釜底間隙(C/T=0.25)，液位高度變化范圍為H/T=

2、0.5-1.8時，長槳(LBS)為部分浸沒，結(jié)果表明，隨著液位的升高，NC先降低后升高最后趨于定值，且在H/T=1.0左右出現(xiàn)最小值。這是由于在液位較低時，短葉片(SBS)距離液面較近，短葉片對表面吸氣起著重要作用;在液位較高時，短葉片對表面吸氣的影響可忽略，長槳控制著表面吸氣。針對具有不同尺寸的攪拌釜(T=200mm，400mm，600mm)，測量了不同液位下的NC，將N與臨界葉端速度進行關(guān)聯(lián)（utip,c=πDL/NC），結(jié)果表明，

3、當攪拌槳的特征尺寸DL＜180mm時，utip,c隨著DL的增加而增加，當DL達到180mm后，DL對utip,c的影響較小，utip,c趨于定值（utip,c=0.61m/s）。
　　其次，采用大渦模擬(LES)耦合流體體積法(VOF)對攪拌釜內(nèi)表面吸氣過程進行數(shù)值模擬。分別從液面波動、靜壓分布、湍渦分布、速度場分布及吸氣過程對表面臨界吸氣現(xiàn)象進行分析，數(shù)值模擬結(jié)果表明，當長槳在液體表面劃過后，氣液接觸面處的液相軸向平均速度（u

4、z）和軸向脈動速度（uz,rms）在徑向范圍（0.4＜r/R＜0.5）內(nèi)出現(xiàn)最大值（uz，max≈0.5m/s，uz,rms，max≈0.068m/s），證明了在長槳背水面形成液體凹陷區(qū)，隨后凹陷區(qū)上方的液體回填，將氣體卷吸入液下。
　　最后，建立了照相法測量氣液兩相流氣泡大小及其分布的方法，對LSB攪拌釜內(nèi)氣-液分散特性進行實驗研究，所得圖像通過自主開發(fā)的圖像處理軟件進行處理。分別采用Canny算子與Sobel算子進行氣泡識別與