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Rushton桨搅拌槽内平均流场的二维PIV试验研究 被引量:2
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作者 高殿荣 王益群 Acharya Sumanta 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第12期192-198,共7页
用粒子图像测速技术(Particle image velocimetry,简称PIV)对带有Rushton桨叶的,无挡板搅拌槽内的流场进行研究。在叶轮转速240 r/min下,流动的雷诺数Re=1 527时,获取了桨叶处以及桨叶转过5个不同角度处的粒子图像。在对粒子图像进行处... 用粒子图像测速技术(Particle image velocimetry,简称PIV)对带有Rushton桨叶的,无挡板搅拌槽内的流场进行研究。在叶轮转速240 r/min下,流动的雷诺数Re=1 527时,获取了桨叶处以及桨叶转过5个不同角度处的粒子图像。在对粒子图像进行处理和计算后,得到了相平均速度场和系综平均速度场,并给出了速度分布剖面图。结果表明,所研究的Rushton桨搅拌槽内径向喷射流动沿桨叶垂直方向是非对称的,而是向下方倾斜。在桨叶附近,径向流动速度高。随着流动远离桨叶,径向速度在降低。因此径向喷射流动作用就相当于自由射流:叶轮桨叶喷射出的流体进入周围大量低速运动的流体中,卷吸周围流体,并沿轴向和径向扩散,从而使更多的流体参与混合和反应。所作研究对于深入了解搅拌槽内流场结构具有实际意义。 展开更多
关键词 rushton桨 搅拌槽 粒子图像测速技术(PIV) 平均流场
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错位Rushton桨的水动力学特性 被引量:4
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作者 杨锋苓 周慎杰 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期31-35,共5页
为了揭示错位Rushton桨的混合机理,采用计算流体动力学方法,对层流和湍流水动力学特性进行了研究.首先通过与文献中实验结果的比较,验证了所建数值模型及模拟方法的可靠性,然后重点分析了错位桨搅拌槽内的尾涡、流场和搅拌功耗.结果表明... 为了揭示错位Rushton桨的混合机理,采用计算流体动力学方法,对层流和湍流水动力学特性进行了研究.首先通过与文献中实验结果的比较,验证了所建数值模型及模拟方法的可靠性,然后重点分析了错位桨搅拌槽内的尾涡、流场和搅拌功耗.结果表明:与标准Rushton桨相比,相同转速时,错位桨能减小尾涡尺寸,降低搅拌功耗,而且桨叶宽度越小越有利,但过低的桨叶宽度不利于增大流体速度及速度分布的均匀程度.相同搅拌功耗时,桨叶宽度为3 D/20和D/5(D为搅拌桨直径)时错位桨的搅拌效果明显优于标准搅拌桨,两者对流体速度提高的幅度相当,但桨叶宽度为3 D/20时的尾涡尺寸小,故为推荐桨叶宽度. 展开更多
关键词 搅拌槽 错位rushton桨 流场 尾涡 计算流体动力学
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柔性Rushton搅拌桨的功耗与流场特性研究 被引量:13
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作者 杨锋苓 张翠勋 苏腾龙 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期614-625,共12页
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,... 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。 展开更多
关键词 搅拌容器 柔性rushton搅拌 功耗 流场 实验验证 计算流体力学
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疏水Rushton搅拌桨的减阻性能 被引量:2
4
作者 杨锋苓 梁国林 +1 位作者 张翠勋 王贵超 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期4682-4690,共9页
为了减小搅拌阻力与功耗,本研究提出了疏水叶片搅拌桨的设想。首先采用数值模拟的方法,对非疏水Rushton桨搅拌容器内的流场进行了模拟,通过与文献中实验结果的对比,验证了数值模型和模拟方法的可靠性。随后研究了湍流状态下疏水Rushton... 为了减小搅拌阻力与功耗,本研究提出了疏水叶片搅拌桨的设想。首先采用数值模拟的方法,对非疏水Rushton桨搅拌容器内的流场进行了模拟,通过与文献中实验结果的对比,验证了数值模型和模拟方法的可靠性。随后研究了湍流状态下疏水Rushton搅拌桨的流体动力学性能,分析了不同疏水状态下的流场结构、剪应力和压力分布以及减阻效果和搅拌功耗,并与非疏水桨进行了对比。结果表明,疏水处理后Rushton桨搅拌容器内的流场没有明显变化,但流体的轴向泵送能力有所增强,高速度区域略有扩大,超疏水时效果更明显。疏水处理可降低Rushton桨的剪应力和桨叶前后表面间的压差,具有减阻效果,超疏水时减阻幅度高达39.56%。另外,疏水Rushton桨的搅拌功耗有所降低,与非疏水桨相比,超疏水桨的功率准数降低了8.53%,具有显著的节能效应。 展开更多
关键词 搅拌容器 疏水rushton搅拌 流体动力学 功耗 减阻 数值模拟
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柔性Rushton搅拌桨混合性能的实验研究 被引量:6
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作者 杨锋苓 张翠勋 李美婷 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期626-632,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 搅拌容器 柔性rushton搅拌 混合 实验测量 平面激光诱导荧光
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柔性Rushton桨的振动特性
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作者 刘欣 杨锋苓 《山东大学学报(工学版)》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期50-55,共6页
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... 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。 展开更多
关键词 搅拌槽 柔性rushton桨 振动特性 试验测试 共振
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柔性Rushton搅拌桨的振动特性 被引量:1
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作者 杨锋苓 曹明见 +1 位作者 张翠勋 刘欣 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1975-1986,共12页
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... 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。 展开更多
关键词 搅拌容器 柔性rushton搅拌 振动特性 数值模拟 实验验证
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一种车漆搅拌器曲面桨叶的设计和优化
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作者 陈亮 翁艳丽 +1 位作者 范德华 戴彬 《机械设计与制造》 北大核心 2022年第12期156-158,163,共4页
在标准Rushton涡轮桨的基础上,设计出一种新型的曲面桨叶,并针对所设计曲面的扭角这一参数进行优化,以搅拌桨的能耗、剪切效果以及主体对流扩散这三个混合性能作为优化问题的评价指标,期望在较低能耗的情况下获得较大的剪切速率和较强... 在标准Rushton涡轮桨的基础上,设计出一种新型的曲面桨叶,并针对所设计曲面的扭角这一参数进行优化,以搅拌桨的能耗、剪切效果以及主体对流扩散这三个混合性能作为优化问题的评价指标,期望在较低能耗的情况下获得较大的剪切速率和较强的主体对流扩散能力。利用理想点法与平方和加权法对扭角进行优化,求出较好的非劣解,确定叶片扭角为4°时,搅拌桨拥有优良的综合性能,对比流场仿真结果,改进后的搅拌桨综合性能比初始标准桨提高了28.2%。 展开更多
关键词 标准rushton桨 叶曲面 扭角 混合性能 流场仿真
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Particle Image Velocimetry Study of Turbulence Characteristics in a Vessel Agitated by a Dual Rushton Impeller 被引量:12
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作者 刘心洪 包雨云 +2 位作者 李志鹏 高正明 John M. Smith 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2008年第5期700-708,共9页
Particle Image Velocimetry (PIV) has been used to investigate turbulence characteristics in a 0.48 m diameter stirred vessel filled to a liquid height ( H = 1.4T ) of 0.67 m. The agitator had dual Rushton impeller... Particle Image Velocimetry (PIV) has been used to investigate turbulence characteristics in a 0.48 m diameter stirred vessel filled to a liquid height ( H = 1.4T ) of 0.67 m. The agitator had dual Rushton impellers of 0.19 m diameter ( D = 0.4T ). The developed flow patterns depend on the clearance of the lower impeller above the base of the vessel, the spacing between the two impellers, and the submergence of the upper impeller below the liq- uid surface. Their combinations can generate three basic flow patterns, named, parallel, merging and diverging flows. The results of velocity measurement show that the flow characteristics in the impeller jet flow region changes very little for different positions. Average velocity, trailing vortices and shear strain rate distributions for three flow patterns were measured by using PIV technique. The characteristics of trailing vortex and its trajectory were described in detail for those three flow patterns. Since the space-resolution of PIV can only reach the sub-grid rather than the Kolmogorov scale, a large-eddy PIV analysis has been used to estimate the distribution of the turbulent kinetic energy dissipation. Comparison of the distributions of turbulent kinetic energy and dissipation rate in merging flow shows that the highest turbulent kinetic energy and dissipation are both located in the vortex regions, but the maxima are at somewhat different lo- cations behind the blade. About 37% of the total energy is dissipated in dual impeller jet flow regions. The obtained distribution of shear strain rate for merging flow is similar to that of turbulence dissipation, with the shear strain rate around the trailing vortices much higher than in other areas. 展开更多
关键词 dual rushton impeller flow pattern large-eddy particle image velocimetry trailing vortex kinetic energy dissipation rate
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Flow Field Around Rushton Turbine in Stirred Tank by Particle Image Velocimetry Measurement 被引量:7
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作者 高殿荣 ACHARYA Sumanta +1 位作者 王益群 UHM Jongho 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2004年第6期843-850,共8页
In this paper, particle image velocimetry (PIV) was used to measure the mean and root meansquare(RMS) velocity in the stirred tank with six-flat blade Rushton turbine and with no baffles. Two typesof motion patterns w... In this paper, particle image velocimetry (PIV) was used to measure the mean and root meansquare(RMS) velocity in the stirred tank with six-flat blade Rushton turbine and with no baffles. Two typesof motion patterns were studied. One was that the impeller runs at constant speed, the other was that the impellerruns at time-dependent speed and in a periodic way. The emphasis of the paper was on the comparison of meanand RMS velocity vector maps and profiles between these two types of motion patterns, and especial attention waspaid to the comparison of the mean velocity, time-averaged RMS velocity, phase averaged RMS velocity betweenthe constant 3 RPS (revolution per second) and time-dependent operation. The Reynolds number was between 763and 1527. The study explained the mechanism that time-dependent RPS is more efficient for mixing than that ofconstant RPS. 展开更多
关键词 particle image velocimetry mean velocity stirred tank root mean squarevelocity time-dependent speed
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一种计算搅拌槽混合时间的新方法 被引量:23
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作者 张庆华 毛在砂 +1 位作者 杨超 王正 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第8期1891-1896,共6页
基于对混合时间定义的思考,提出了一种新的定义方法,在湍流流场数值计算的基础上通过求解示踪剂的浓度输运方程,研究了单层涡轮桨搅拌槽内的混合过程。结果表明:搅拌转速和搅拌桨安装位置都影响混合时间的大小,而进料位置对混合时间的... 基于对混合时间定义的思考,提出了一种新的定义方法,在湍流流场数值计算的基础上通过求解示踪剂的浓度输运方程,研究了单层涡轮桨搅拌槽内的混合过程。结果表明:搅拌转速和搅拌桨安装位置都影响混合时间的大小,而进料位置对混合时间的影响不大。对于不同的搅拌转速而言,随搅拌转速的增大,相同体积分数对应的混合时间逐渐减小。当搅拌桨安装在槽中间位置时所对应的混合时间最小。利用适宜的尺寸和安装位置的导流筒可有效降低混合时间。 展开更多
关键词 混合时间 计算流体力学 搅拌槽 rushton桨
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