本文關(guān)鍵詞：柔性攪拌軸強(qiáng)化流體混沌混合行為研究

  更多相關(guān)文章： 柔性攪拌軸 混沌混合 最大李雅普諾夫指數(shù)(LEmax) 多尺度熵(MSE) 非線性

【摘要】：攪拌軸是攪拌反應(yīng)器的核心部件之一,其結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響著攪拌反應(yīng)器內(nèi)流體混合性能。攪拌反應(yīng)器利用動(dòng)力輸出裝置帶動(dòng)攪拌軸及攪拌槳轉(zhuǎn)動(dòng),使流體能夠獲得其適宜的流場(chǎng),強(qiáng)化整個(gè)攪拌過(guò)程中的傳熱和傳質(zhì),進(jìn)而提高生產(chǎn)效率和能力。然而,已有研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)剛性攪拌軸的附近區(qū)域易形成周期性和對(duì)稱性流場(chǎng)結(jié)構(gòu),會(huì)降低流體的混合效率。并且剛性攪拌軸在轉(zhuǎn)速較大時(shí),會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象,導(dǎo)致和反應(yīng)器連接的所有管道均發(fā)生劇烈跳動(dòng),存在一定的安全隱患。為此,開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的攪拌軸,深刻認(rèn)識(shí)其強(qiáng)化流體混合過(guò)程中的非線性動(dòng)力學(xué)行為,指導(dǎo)高效節(jié)能攪拌反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。本文以柔性攪拌軸為研究對(duì)象,從攪拌過(guò)程強(qiáng)化入手,分別以水和高粘度液體為工作介質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)研究柔性攪拌軸的受力分析及柔性攪拌軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)與操作參數(shù)對(duì)攪拌反應(yīng)器內(nèi)流體流場(chǎng)和混沌特性參數(shù)的影響,結(jié)合小波分析及Matlab計(jì)算軟件,計(jì)算攪拌反應(yīng)器內(nèi)單位體積功耗(Pv)、最大Lyapunov指數(shù)(LEmax)和多尺度熵(MSE),研究攪拌反應(yīng)器內(nèi)流體的混沌混合特性;同時(shí),利用相機(jī)拍攝記錄柔性攪拌軸攪拌反應(yīng)器內(nèi)液體的混合過(guò)程,并且記錄相應(yīng)混合時(shí)間,得到如下結(jié)果:(1)相同轉(zhuǎn)速下,剛性攪拌軸受到的扭矩大于柔性攪拌軸受到的扭矩。扭矩值越大,攪拌軸的橫截面上形成的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力越大,對(duì)攪拌軸的破壞也相應(yīng)變得越大。與剛性攪拌軸相比,柔性攪拌軸通過(guò)活性鏈接消除掉了一部分扭矩,一定程度上抑制了轉(zhuǎn)速過(guò)大帶來(lái)的共振現(xiàn)象,并且擴(kuò)大了攪拌區(qū)域,直接推動(dòng)和加強(qiáng)了攪拌能量的傳遞和擴(kuò)散。(2)對(duì)于低粘度體系和高粘度體系,柔性攪拌軸體系存在著混沌強(qiáng)化的情況。隨著功耗的增大,剛性攪拌軸體系與柔性攪拌軸體系的混合時(shí)間均減小,并且lntmix隨著lnPV的變化有較好的線性關(guān)系。對(duì)于低粘度體系,柔性攪拌軸體系較剛性攪拌軸體系的流體混合時(shí)間縮短了73.49%;對(duì)于高粘度體系,柔性攪拌軸體系較剛性攪拌軸體系的流體混合時(shí)間縮短了65.34%。(3)對(duì)于低粘度體系和高粘度體系,剛性攪拌軸與柔性攪拌軸兩個(gè)體系的LEmax均大于零,且均隨著單位體積功耗的增大而呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì),表明體系都已經(jīng)進(jìn)入混沌狀態(tài),且可用LEmax來(lái)表征體系的混沌強(qiáng)化。對(duì)于低粘度體系,兩者相比,柔性攪拌軸體系在低功耗時(shí)混合就能達(dá)到很好,且最大LEmax值增加了12.57%;對(duì)于高粘度體系,兩者相比,柔性攪拌軸體系LEmax的最大值較剛性攪拌軸體系來(lái)說(shuō)增大了10.45%。(4)對(duì)于低粘度體系和高粘度體系,剛性攪拌軸體系的LEmax均較小,說(shuō)明了系統(tǒng)的混沌程度較低,體系表現(xiàn)出的熵值也較低,而柔性攪拌軸體系的LEmax相對(duì)較大,體系內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)軌跡也相對(duì)復(fù)雜,其熵值也較高。
【關(guān)鍵詞】：柔性攪拌軸 混沌混合 最大李雅普諾夫指數(shù)(LEmax) 多尺度熵(MSE) 非線性
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ027.1
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 課題研究背景9-10
• 1.2 機(jī)械攪拌設(shè)備簡(jiǎn)介10-12
• 1.2.1 機(jī)械攪拌設(shè)備構(gòu)成10-11
• 1.2.2 攪拌軸11-12
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.1 攪拌設(shè)備的發(fā)展12
• 1.3.2 攪拌反應(yīng)器內(nèi)流體的混合特性12-13
• 1.4 混沌混合13-16
• 1.4.1 混沌的基本概念13-14
• 1.4.2 混沌混合的研究方法14-16
• 1.4.3 混沌混合判據(jù)和表征16
• 1.5 混合性能的表征16-17
• 1.5.1 混合時(shí)間（Mixing Time）16-17
• 1.5.2 流場(chǎng)可視化技術(shù)17
• 1.6 課題研究目的和研究?jī)?nèi)容17-19
• 1.6.1 課題研究目的17-18
• 1.6.2 課題主要研究?jī)?nèi)容18-19
• 2 實(shí)驗(yàn)部分19-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)裝置及介質(zhì)19-22
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置19-20
• 2.1.2 柔性軸及攪拌槳構(gòu)造20-21
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)工作介質(zhì)21-22
• 2.2 數(shù)據(jù)采集裝置22-26
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法26
• 2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法26-28
• 2.4.1 最大李雅普諾夫指數(shù)（LEmax）26-27
• 2.4.2 多尺度熵（MSE）27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-30
• 3 柔性攪拌軸強(qiáng)化低粘度流體混合實(shí)驗(yàn)研究30-43
• 3.1 剛性軸與柔性軸的受力分析30-31
• 3.2 混合時(shí)間分析31-35
• 3.2.1 攪拌軸的類型對(duì)低粘度體系混合性能的影響31-33
• 3.2.2 攪拌槳直徑對(duì)柔性攪拌軸低粘度體系混合性能的影響33-34
• 3.2.3 柔性攪拌軸的類型對(duì)低粘度體系混合性能的影響34-35
• 3.3 最大李雅普諾夫指數(shù)（LEMAX）35-38
• 3.3.1 攪拌軸的類型對(duì)低粘度體系LEmax的影響35-36
• 3.3.2 攪拌槳直徑對(duì)柔性攪拌軸低粘度體系LEmax的影響36-37
• 3.3.3 柔性攪拌軸的類型對(duì)低粘度體系LEmax的影響37-38
• 3.4 多尺度熵（MSE）38-41
• 3.4.1 攪拌軸類型的影響39
• 3.4.2 柔性攪拌軸類型的影響39-40
• 3.4.3 攪拌槳直徑的影響40-41
• 3.5 宏觀混合效果圖41-42
• 3.6 小結(jié)42-43
• 4 柔性攪拌軸強(qiáng)化高粘度流體混合實(shí)驗(yàn)研究43-55
• 4.1 混合時(shí)間分析43-47
• 4.1.1 攪拌軸的類型對(duì)高粘度體系混合性能的影響43-44
• 4.1.2 攪拌槳直徑對(duì)柔性攪拌軸高粘度體系混合性能的影響44-45
• 4.1.3 柔性攪拌軸的類型對(duì)高粘度體系混合性能的影響45-47
• 4.2 最大李雅普諾夫指數(shù)（LEMAX）47-50
• 4.2.1 攪拌軸的類型對(duì)高粘度體系LEmax的影響47-48
• 4.2.2 攪拌槳直徑對(duì)柔性攪拌軸高粘度體系LEmax的影響48-49
• 4.2.3 柔性攪拌軸的類型對(duì)高粘度體系LEmax的影響49-50
• 4.3 多尺度熵（MSE）50-52
• 4.3.1 攪拌軸類型的影響50
• 4.3.2 柔性攪拌軸類型的影響50-51
• 4.3.3 攪拌槳直徑的影響51-52
• 4.4 宏觀混合效果圖52-53
• 4.5 小結(jié)53-55
• 5 結(jié)論與展望55-57
• 5.1 結(jié)論55
• 5.2 展望55-57
• 致謝57-58
• 參考文獻(xiàn)58-63
• 附錄63-66
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文63
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)明的專利63
• C. 混沌特性參數(shù)MATLAB計(jì)算程序63-66

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王思瑩;陳明;尹協(xié)振;;柔性體與運(yùn)動(dòng)流體耦合問(wèn)題研究進(jìn)展綜述[J];力學(xué)與實(shí)踐;2014年05期

2 劉作華;陳超;劉仁龍;陶長(zhǎng)元;王運(yùn)東;;剛?cè)峤M合攪拌槳強(qiáng)化攪拌槽中流體混沌混合[J];化工學(xué)報(bào);2014年01期

3 劉作華;唐巧;王運(yùn)東;孫瑞祥;鄭雄攀;陶長(zhǎng)元;;剛?cè)峤M合攪拌槳增強(qiáng)混合澄清槽內(nèi)流體宏觀不穩(wěn)定性[J];化工學(xué)報(bào);2014年01期

4 劉作華;曾啟琴;王運(yùn)東;劉仁龍;陶長(zhǎng)元;;柔性槳強(qiáng)化高黏度流體混合的能效分析[J];化工學(xué)報(bào);2013年10期

5 段曉霞;程蕩;程景才;馮鑫;楊超;;攪拌槽反應(yīng)器內(nèi)宏觀和微觀混合及過(guò)程強(qiáng)化[J];化學(xué)反應(yīng)工程與工藝;2013年03期

6 劉作華;楊鮮艷;謝昭明;劉仁龍;陶長(zhǎng)元;王運(yùn)東;;柔性槳與自浮顆粒協(xié)同強(qiáng)化高黏度流體混沌混合[J];化工學(xué)報(bào);2013年08期

7 劉仁龍;廖軍;劉作華;陳南雄;陶長(zhǎng)元;王運(yùn)東;;偏心空氣射流攪拌器中流體混沌混合的Kolmogorov熵分析[J];中國(guó)科技論文;2012年06期

8 趙秋月;張廷安;劉燕;王淑禪;;攪拌對(duì)箱式混合澄清槽流動(dòng)性能的影響[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年04期

9 劉作華;曾啟琴;王運(yùn)東;孫瑞祥;寧偉征;陶長(zhǎng)元;;柔性槳強(qiáng)化攪拌槽中高黏度流體層流混合的研究[J];中國(guó)科技論文;2012年03期

10 劉作華;冉啟誠(chéng);寧偉征;孫大貴;陶長(zhǎng)元;劉仁龍;牟天明;;偏心射流攪拌強(qiáng)化1,3-二氯-2-丁烯的氯化行為[J];化學(xué)工程;2012年02期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 章永華;柔性仿生波動(dòng)鰭推進(jìn)理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

2 馬鑫;攪拌系統(tǒng)動(dòng)力特性研究[D];北京化工大學(xué);2007年

3 閔健;攪拌槽內(nèi)宏觀及微觀混合的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D];北京化工大學(xué);2005年

4 周國(guó)忠;攪拌槽內(nèi)流動(dòng)與混合過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究及數(shù)值模擬[D];北京化工大學(xué);2002年

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本文編號(hào)：1101041