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单层和双层桨搅拌槽内流体宏观不稳定现象的研究

作　者: 陈维
导　师: 刘仁龙
学　校: 重庆大学
专　业: 环境科学
关键词: 搅拌槽节能环保宏观不稳定性功率谱分析小波包分析
分类号: TQ051.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

各种结构形式的机械和射流式搅拌槽广泛应用于环境工程以及化学工程等领域。为了使搅拌槽内流体快速有效混合,同时达到既节能又环保的目的,深入研究搅拌槽内流体流动以及了解流体混合特性是非常有必要的。以往的研究工作主要集中在时均流场特性上,而事实上搅拌槽内流体流动是非稳态的,而且在相当大的时间和空间尺度上存在着明显的流动变化,宏观不稳定现象MI是其中明显变化的一种情况。研究宏观不稳定现象一般常用的实验方法主要有CFD模拟和PIV技术,本实验采用的是压力传感和实时采集分析技术。为了揭示涡轮桨搅拌槽内非稳态流动的规律,加深对混合机理的了解,本文采用了压力传感流场测量技术以及LabVIEW功率谱小波包分析技术,对六直叶涡轮桨搅拌槽内瞬时流场进行了实时测量,采集和分析。实验结果表明搅拌槽内的瞬时流场是相当杂乱和随机的。同时实验数据分析结果显示,在直径为0.48m的平底圆柱搅拌槽内存在宏观不稳定现象,得到的无因次宏观不稳定频率(f/N)与文献基本一致,在10-2～100Hz范围以内。本文着重研究了双层桨和在射流状况下双层桨搅拌槽内的宏观不稳定现象。实验分析结果表明在加入射流以后双层桨搅拌槽内宏观不稳定频率f受到的影响较小(约为0.005),而搅拌槽内流体整体脉动增强,混沌混合程度加强,使能量的利用率得到有效的提高,同时避免了搅拌槽内器械的疲劳加剧,节约了维修成本,降低了能耗,符合环保要求。功率谱小波包分析结果与小波时窗分析结果是一致的,这说明了二者是研究搅拌槽内宏观不稳定现象的有效工具。本文探讨了一种新的研究宏观不稳定现象的实验方法和实验数据处理方法。并初步讨论了搅拌槽内的不同条件对宏观不稳定现象的影响。研究结果有助于加深对搅拌槽内流体流动特性的了解。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-21
  1.1 课题研究背景  8-9
  1.2 搅拌与混合机理  9-10
  1.3 机械搅拌设备简介及研究进展  10-13
    1.3.1 机械搅拌装置的组成  10
    1.3.2 搅拌器的分类  10-11
    1.3.3 常用的搅拌器  11
    1.3.4 搅拌设备的附件  11-12
    1.3.5 机械搅拌的研究进展  12-13
  1.4 射流搅拌混合原理与研究进展  13-15
    1.4.1 射流搅拌的原理  13-14
    1.4.2 射流搅拌的优缺点  14
    1.4.3 射流搅拌的研究进展  14-15
  1.5 宏观不稳定现象与研究结果  15-18
    1.5.1 宏观不稳定现象  15-16
    1.5.2 宏观不稳定性对流体混合的影响  16-17
    1.5.3 宏观不稳定的研究结果  17-18
  1.6 LabVIEW 概述  18-20
    1.6.1 LabVIEW 的起源与发展  18-19
    1.6.2 LabVIEW 的工程应用  19-20
  1.7 选题意义  20-21
2 实验数据分析方法  21-30
  2.1 功率谱估计  21-26
    2.1.1 相关法  21
    2.1.2 周期图法  21
    2.1.3 Bartlett 法  21-22
    2.1.4 Welch 平均交叠法  22-25
    2.1.5 AR 模型方法  25-26
  2.2 小波分析与小波包  26-30
    2.2.1 小波分析方法  26-27
    2.2.2 小波变换在信号处理中的应用  27-29
    2.2.3 小波包  29-30
3 实验装置与设备  30-38
  3.1 实验装置  30-31
  3.2 压力传感器  31-34
  3.3 压力信号采集设备与软件  34
  3.4 实验数据采集软件及分析软件介绍  34-36
    3.4.1 实验数据采集软件介绍  34-36
    3.4.2 实验数据分析软件介绍  36
  3.5 采样频率和采样时间  36-38
4 实验结果与讨论  38-49
  4.1 实时测量信号的脉动  38-39
  4.2 实时压力信号采集图像的脉动  39
  4.3 功率谱图中主频的确定  39-40
  4.4 单层桨宏观不稳定现象  40-43
    4.4.1 单层桨桨叶安装高度的影响  40-41
    4.4.2 单层桨转速的影响  41-42
    4.4.3 宏观不稳定性无因次频率值的影响结果  42-43
  4.5 宏观不稳定性在双层桨搅拌槽中的表现  43-47
    4.5.1 双层桨转速的影响  43-44
    4.5.2 双层桨搅拌槽内压力数据实时小波分析  44-45
    4.5.3 双层桨射流量的影响  45-46
    4.5.4 双层桨偏心射流搅拌槽内压力数据实时小波分析  46-47
  4.6 小结  47-49
5 结论与展望  49-51
  5.1 结论  49
  5.2 展望  49-51
致谢  51-52
参考文献  52-55
附录  55
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  55
  B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目  55

单层和双层桨搅拌槽内流体宏观不稳定现象的研究

内容摘要

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