攪拌反應器廣泛應用于化工、冶金、醫(yī)藥、食品等過程工業(yè),是相關生產(chǎn)工藝中的核心設備。攪拌槳作為攪拌反應器的關鍵部件,向攪拌槽內(nèi)流體提供所需的能量,使流體形成適宜的流場,影響著“三傳一反”的效率和程度。傳統(tǒng)剛性攪拌槳主要是通過對流體的剪切作用傳遞能量,約70%的攪拌槳輸入能量消耗在槳葉外緣和槳葉后的尾渦處,流體的混合效率較低。因而,攪拌槳結構設計與優(yōu)化已成為流體混合強化研究的熱點。本文基于化工過程強化和流體混沌混合強化理論,在剛柔槳的研究基礎上提出穿流剛柔槳強化流體混沌混合的新思路,以期通過穿流剛柔槳自身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的高速射流,強化流場的局部渦流擴散,促使流場結構失穩(wěn),誘導流體進入混沌混合狀態(tài),強化流體混沌混合過程。本文對穿流剛柔槳攪拌反應器內(nèi)單相、固液兩相、氣液兩相體系中的混沌特性和混合性能進行了實驗研究。同時,通過計算流體力學對單相體系的流場特性、固液兩相體系的固液懸浮特性以及氣液兩相體系的氣液分散行為進行了數(shù)值模擬研究。此外,開展了剛柔組合槳強化錳礦浸出的應用研究,對錳礦浸出槽中固液兩相懸浮特性和槳葉流固耦合行為進行了數(shù)值模擬,以及對錳礦浸出時間、浸出率和攪拌電耗進行了中試試驗。主要結論... 

【文章頁數(shù)】：192 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 攪拌反應器概述
    1.2 攪拌槳分類及特性
        1.2.1 常用攪拌槳
        1.2.2 剛柔槳
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 流體混沌混合強化研究
        1.3.2 計算流體力學研究
    1.4 研究目的及研究內(nèi)容
        1.4.1 研究目的及意義
        1.4.2 研究內(nèi)容
2 攪拌反應器內(nèi)單相流體混沌混合實驗研究
    2.1 引言
    2.2 實驗裝置
        2.2.1 攪拌裝置
        2.2.2 實驗槳型
        2.2.3 實驗所用輔助設備及藥品
    2.3 實驗方法
        2.3.1 混合時間
        2.3.2 混合時間數(shù)(NTm)
        2.3.3 羧甲基纖維素鈉溶液的流變特性
        2.3.4 攪拌功耗
        2.3.5 最大Lyapunov指數(shù)(LLE)
    2.4 實驗結果與討論
        2.4.1 最大Lyapunov指數(shù)(LLE)
        2.4.2 混沌吸引子
        2.4.3 分形維數(shù)
        2.4.4 混合時間數(shù)(NTm)
        2.4.5 混合效率
        2.4.6 可視化實驗
    2.5 本章小結
3 攪拌反應器內(nèi)單相流體混合數(shù)值模擬研究
    3.1 引言
    3.2 計算模型
        3.2.1 幾何模型及計算體系
        3.2.2 網(wǎng)格劃分
    3.3 數(shù)值模擬方法
        3.3.1 基本控制方程
        3.3.2 模擬方法
    3.4 模擬結果與討論
        3.4.1 最大Lyapunov指數(shù)驗證
        3.4.2 軸向速度分布
        3.4.3 速度場分布
        3.4.4 槳葉尾渦結構
        3.4.5 轉(zhuǎn)速與功耗之間的關系
    3.5 本章小結
4 攪拌反應器內(nèi)固液兩相懸浮特性實驗研究
    4.1 引言
    4.2 實驗裝置
        4.2.1 攪拌裝置及實驗物系
        4.2.2 實驗槳型
    4.3 實驗方法
        4.3.1 固含率測量方法
        4.3.2 攪拌功耗
        4.3.3 最大Lyapunov指數(shù)(LLE)
    4.4 實驗結果與討論
        4.4.1 最大Lyapunov指數(shù)(LLE)
        4.4.2 混沌吸引子
        4.4.3 分形維數(shù)
        4.4.4 軸向固含率分布
        4.4.5 固液懸浮度
        4.4.6 可視化實驗
    4.5 本章小結
5 攪拌反應器內(nèi)固液兩相懸浮特性數(shù)值模擬研究
    5.1 引言
    5.2 計算模型
        5.2.1 幾何模型及計算體系
        5.2.2 網(wǎng)格劃分
    5.3 數(shù)值模擬方法
        5.3.1 基本控制方程
        5.3.2 湍流模型
        5.3.3 曳力模型
        5.3.4 模擬方法
    5.4 模擬結果與討論
        5.4.1 最大Lyapunov指數(shù)驗證
        5.4.2 軸向局部固含率驗證
        5.4.3 流場結構
        5.4.4 軸向局部固含率分布
        5.4.5 速度場分布
        5.4.6 湍動能場分布
        5.4.7 湍動能耗散率分布
        5.4.8 固體顆粒懸浮狀態(tài)
        5.4.9 固含率分布
    5.5 本章小結
6 攪拌反應器內(nèi)氣液兩相分散特性實驗研究
    6.1 引言
    6.2 實驗裝置
        6.2.1 攪拌裝置及實驗物系
        6.2.2 實驗槳型
    6.3 實驗方法
        6.3.1 局部氣含率測量方法
        6.3.2 氣泡尺寸測量方法
        6.3.3 攪拌功耗測量方法
        6.3.4 最大Lyapunov指數(shù)
    6.4 實驗結果與討論
        6.4.1 最大Lyapunov指數(shù)(LLE)
        6.4.2 混沌吸引子
        6.4.3 分形維數(shù)
        6.4.4 攪拌功耗特性
        6.4.5 局部氣含率分布
        6.4.6 氣泡尺寸分布
    6.5 本章小結
7 攪拌反應器內(nèi)氣液兩相分散特性數(shù)值模擬研究
    7.1 引言
    7.2 計算模型
        7.2.1 幾何模型及計算體系
        7.2.2 網(wǎng)格劃分
    7.3 數(shù)值模擬方法
        7.3.1 基本控制方程
        7.3.2 湍流模型
        7.3.3 曳力模型
        7.3.4 PBM模型
        7.3.5 模擬方法
    7.4 模擬結果與討論
        7.4.1 最大Lyapunov指數(shù)驗證
        7.4.2 局部氣含率與氣泡尺寸驗證
        7.4.3 流場結構
        7.4.4 局部氣含率分布
        7.4.5 氣泡尺寸分布
    7.5 本章小結
8 剛柔組合槳強化錳礦浸出中試試驗及固液懸浮模擬研究
    8.1 引言
    8.2 錳礦浸出裝置
        8.2.1 攪拌裝置及物系參數(shù)
        8.2.2 攪拌槳結構
    8.3 數(shù)值模擬
        8.3.1 幾何模型及網(wǎng)格劃分
        8.3.2 數(shù)值模擬方法
    8.4 固液懸浮特性分析
        8.4.1 流場結構
        8.4.2 軸向速度分布
        8.4.3 湍動能分布
        8.4.4 固含率分布
        8.4.5 固體顆粒懸浮狀況
    8.5 流固耦合行為分析
        8.5.1 槳葉總變形量分析
        8.5.2 槳葉等效應力分析
    8.6 錳礦浸出中試試驗
        8.6.1 試驗方法
        8.6.2 剛性槳錳礦浸出試驗
        8.6.3 剛柔組合槳錳礦浸出試驗
        8.6.4 錳礦浸出時間、浸出率及電耗分析
        8.6.5 經(jīng)濟效益分析
    8.7 本章小結
9 總結
    9.1 結論
    9.2 創(chuàng)新點
    9.3 展望
致謝
參考文獻
附錄
    A.作者在攻讀博士學位期間發(fā)表的論文目錄
    B.作者在攻讀博士學位期間申請的專利目錄
    C.作者在攻讀博士學位期間參加的科研目錄



本文編號：3690610