柔性桨强化高黏度流体混合的能效分析

搅拌混合操作广泛应用于化工、食品、冶金及环保等过程工业领域。搅拌槽内物料的}昆合程度及其功率消耗是影响产品质量和设备作业效率的关键因素。当物料黏度较高时，

柔性桨强化搅拌槽中高黏度流体层流混合的研究

结合酸-碱可视化技术和Matlab软件,分别计算出流体的混合时间数(无因次混合时间)Ntm和流体混合隔离区的面积覆盖率,对比分析传统桨与柔性桨的混合性能的差异。结果表明,在Ntm=10 800时,传统桨形成的混合隔离区的面积覆盖率在40%-50%之间,几小时之后(Ntm=25 000)仍稳定地存在;而柔性桨所形成的混合隔离区在Ntm=18 000时,混合隔离区在1%左右,且Ntm=25 000时,混合隔离区完全消失了;相对于传统桨,柔性桨使流体的混合时间降低了28%左右。

单层钢丝柔性桨强化搅拌槽中流体混沌混合行为

实验运用扭矩传感器测量搅拌功率特性,Matlab软件编程计算最大Lyapunov指数(LE_(max)),流场可视化技术观测流体混合状态。研究了桨叶类型、桨叶离底距离、柔性钢丝长度、柔性钢丝直径对混合效率数(Ce)、LE_(max)的影响。结果表明:单层钢丝柔性桨通过刚-柔-流耦合作用,改变流场结构和能量耗散方式,提高了流体混沌混合程度,实现了流体的高效节能混合;当转速为120 r·min-1时,与传统刚性桨相比,单层钢丝柔性桨使流体Ce减小了87.4%,LE_(max)增大了53.2%,与单层钢丝刚性桨相比,单层钢丝柔性桨使流体Ce减小了43.8%,LE_(max)增大了10.8%。另外,当搅拌转速相同时,柔性钢丝越长,越有利于流体混沌混合,但其功耗也会随之明显增加;当柔性钢丝直径为0.8 mm,桨叶离底距离为0.25T(T为搅拌槽内径)时,各个转速对应的Ce小于其他情况、LE_(max)大于其他情况,流体达到相对最佳混沌混合状态。

柔性桨风力机理论研究

推导出了柔性桨风力发电机输出功率表达式 ,讨论了此种风力机

柔性桨风力机的设计与试验

在理论研究的基础上,对柔性桨小模型风力机进行了结构设计和试验研究。试验结果表明,该机型在较宽的风向角范围内具有输出功率稳定的特点,输出功率的最大值出现在风向角β=-10°附近。

柔性桨风力机设计及实验研究

在已有的理论研究基础上,对柔性桨风力发电机进行了传动及结构设计,并进行了实验研究. 结果表明,风力机输出功率最大值出现在风向角为-10°附近,风力机输出功率值在较宽的风向角范围内变化较小.

球柔性桨毂直升机气动/机械稳定性分析

本文应用有限元法和模态综合技术建立了直升机气动/机械稳定性分析模型,详细讨论了球柔性桨毂旋翼结构和气动耦合对动力系统稳定性特性的影响,分析了导致稳定性特性改变的一些重要参数。

柔性桨风力发电机的理论与实验研究

导出了柔性桨风力发电机的输出功率表达式，讨论了此种风力机６个参数对输出功率的影响。对５００Ｗ柔性桨风力机样机进行了结构设计，并对该样机的１：６模型进行了实验测试。

柔性桨与自浮颗粒协同强化高黏度流体混沌混合

高黏度流体混合处于层流状态,存在混沌混合区和隔离区,混沌混合是提高其混合效率的有效方法。为增强高黏度流体的混沌混合,在甘油体系中采用柔性搅拌桨并加入自浮颗粒,实验研究了最大Lyapunov指数(LEmax)随单位体积功耗(Pv)的变化规律。结果表明,只加入固体颗粒对原体系LEmax的影响不大,当Pv=2000W.m-3时,使用柔性桨后体系LEmax增加10.29%;柔性桨与固体颗粒协同作用时,可使体系LEmax增加30.86%。在Pv≤2000W.m-3时,柔性桨和自浮颗粒协同强化高黏度流体混沌混合的效果最好。

国外球柔性桨毂构型技术分析与发展研究

球柔性桨毂是一种新型的弹性铰接式旋翼桨毂,是在传统金属铰接式桨毂构型的基础上以缩小结构尺寸、减少零件数量和减小气动废阻为目的进行进一步结构设计优化,是铰接式旋翼的最新发展阶段。当前,国外球柔性桨毂构型已经形成系列化产品,并成功应用于多种型号直升机上。文章对国外球柔性桨毂构型及其技术特点进行了详细梳理,并开展了初步的分析研究,可为国内旋翼桨毂研制和发展提供借鉴。

刚性/柔性桨叶作用的湍流液液分散体系的液滴尺寸与分布

为提高搅拌槽内不溶液液两相的分散效果,将柔性桨叶应用于油/水分散系统以替代传统刚性搅拌桨,并通过摄影法获得系统内液滴尺寸与分布,探究了桨叶类型和分散相体积分数对液滴平均直径和液滴尺寸分布(DSD)的影响。结果表明:柔性桨叶系统内液滴平均直径比刚性系统减小了20%~25%,柔性系统内液滴尺寸更加均匀,DSD曲线更接近对数正态分布,而刚性系统DSD则遵循正态分布。随着分散相体积分数的增加,基于Hinze-Kolmogorov理论的液滴尺寸预测模型中的韦伯数We指数有增大趋势,新模型对传统经验关联式进行改进,预测结果与实验数据吻合度较高,平均相对误差小于3%。

穿流-柔性组合桨强化搅拌槽中流体混沌混合特性

刚性搅拌桨在搅拌混合过程中得到广泛的应用,在搅拌容器内容易形成两种不同的混合区域:混沌混合区和混合隔离区。强化流体混合的有效途径是合理设计搅拌桨,从而调控流体混沌混合行为。实验运用Labview和Matlab软件采集和处理流体内部压力脉动信号,并获取流体混沌特性参数Kolmogorov熵,对穿流-柔性组合桨体系的Kolmogorov熵随转速的变化规律进行了研究。结果表明,相比传统刚性桨,穿流桨对Kolmogorov熵影响不大。穿流-柔性组合桨通过穿流孔与柔性部分的共同作用调控流场结构,使流体混沌混合的效果最好,在转速为180 r·min-1时流体的混沌混合达到最佳状态,穿流-柔性组合桨体系的Kolmogorov熵为0.285,而传统刚性桨体系的Kolmogorov熵只为0.125;穿流-柔性组合桨体系的混合时间明显低于传统刚性桨体系,当转速为120 r·min-1时穿流-柔性组合桨体系的混合时间比传统刚性桨体系缩短了17%。

柔性Rushton搅拌桨的功耗与流场特性研究

基于传统的Rushton桨,开发了一种柔性叶片Rushton搅拌桨。采用数值模拟方法研究了柔性桨的功耗及层流和湍流流场特性,并分别采用扭矩测量法和粒子图像测速法进行了实验验证。结果表明,对于实验规模的搅拌容器,当介质黏度与甘油接近时,可用橡胶作为柔性桨叶制作材料。Reynolds数≤100时,柔性桨的功耗大于刚性桨;Reynolds数大于该值后,柔性桨的功耗小于刚性桨。柔性桨叶对被搅拌流体具有自适应特性,流固耦合作用下产生的变形增加了流体的径向流动能力。搅拌低黏度流体时,柔性桨能提升近桨区流体的速度,增加桨叶远端流体的循环流动能力;搅拌高黏度流体时,近桨区和桨叶远端流体的速度均大于刚性桨。就尾涡而言,柔性桨产生的涡量较小,耗能少。

柔性Rushton搅拌桨混合性能的实验研究

提高混合效率是流体搅拌混合领域的重点研究内容之一。几十年来,人们在开发新型搅拌桨及研发流体混合新技术方面做了大量工作。基于刚性Rushton桨,开发了一种柔性叶片Rushton搅拌桨,并以罗丹明6G为荧光剂,采用平面激光诱导荧光法对介质为水时该桨在湍流状态下的混合性能进行了实验测试研究。结果发现,标定实验结果表明,荧光剂强度与浓度呈线性关系,可以此为基准衡量同等实验条件下的宏观混合时间。荧光剂的扩散情况表明,与刚性桨相比,柔性桨具有更好的混合性能,尤其在混合的初始阶段,混合均匀程度及混合速度均有一定的优势。与刚性桨混合时间的对比表明,柔性桨的宏观混合时间较短,有助于提高流体混合效率。研究结果为该桨的工业应用奠定了基础。

柔性Rushton搅拌桨的振动特性

采用数值模拟的方法分析了课题组前期开发的实验室规模的柔性叶片Rushton搅拌桨的振动特性,并采用丹麦的Brüel&Kj?r及中国的东华振动测试仪进行了实验研究。结果表明,桨轴系统的第1~6阶振型为弯曲型,第7~12阶振型为扭转型。模拟得到的固有频率与实验结果吻合较好,均表明存在集聚现象;与干模态固有频率相比,湿模态固有频率有所降低。承受高频交变激励载荷时,桨轴系统存在明显的应力和应变谐响应。桨轴系统的固有频率随转速的增大而减小,随介质黏度的增大而增大。研究结果为柔性叶片Rushton搅拌桨的放大设计及工业应用奠定了基础。

风力发电机柔性变桨驱动及控制方法研究

近年来,随着交流变桨系统的大量使用,风机关键承力部件的质量问题频出,由于交流变桨驱动电机输出扭矩大,叶片、齿轮和轴承等频繁地承受过大的瞬时扭矩,容易出现开裂等结构性的损伤,最终导致风机损坏。传统的控制策略仅仅是通过简单的满足功率最优的原则,而未考虑在不同工况和风速下其控制对风机承力部件疲劳寿命的影响,在变桨时也无法降低机组关键部件的疲劳应力和冲量。针对以上问题,从探索风机伺服变桨驱动器力矩随着风速波动变化的一般规律入手,设计转矩平滑上调系数和转矩平滑下调系数控制变桨驱动器输出转矩回收量的大小,保证在不同强度风力变化时都能够很好地缓解叶片、齿轮和轴承所受到的冲击,并利用仿真对提出的方法进行验证与修正。

风电机组Ⅱ区功率与叶片气动载荷协同控制

为了研究风力发电机组在低于额定功率时的最大风能捕获以及叶片的气动载荷,使得风力发电机组在整个生命周期内高效稳定地运行,提出了一种功率与载荷的协同控制方法,通过过渡区预变桨的方式控制风力发电机组功率与叶片气动载荷.采用所提出的功率与载荷协同控制策略在Matlab软件上搭建风力发电机组的仿真模型,计算得出了风力发电机组的功率和叶片气动载荷的数据,结果显示,协同控制策略能够在低于额定风速区域保持功率基本不变的情况下有效减小叶片的气动载荷,由此证明了所提出的协同控制策略的可行性.

直升机史话(长篇连载之九)

第二十五回看世界复合材料受青睐望欧洲无铰旋翼获应用前面一章,我们在叙述第三代直升机的时候,提到那一代直升机的突出特点是旋翼系统采用玻璃钢桨叶,桨叶寿命由以前金属桨叶的1200小时,提高到3600小时。其桨毂也在大大简化。这真是一个了不起的革新!

柔性Rushton桨的振动特性

为了避免柔性Rushton桨的共振现象,研究搅拌桨的固有频率。采用试验测试的方法,研究该桨在静止及不同转速时的时域特性,并基于快速傅里叶变换法,得到频域特性。结果表明:静止状态下柔性叶片的振动能量主要集中在1~7 Hz的频带上,不同转速时柔性叶片的振动能量主要集中在各自峰值对应的频带上,其中在47~52 Hz的频带上,试验测量的各转速数据均有加速度峰值分布。在转速为2.5 r/s时,加速度幅值明显增大,主振频率等于固有频率2.5 Hz,可判定此时发生共振。因此,通过试验测试得到共振转速的方法,可为柔性桨合理选择转速提供依据。