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搅拌设备内流速的精确测量技术

发布时间:2018-01-31 10:11:01  浏览次数:

由于流体混合体系的多样性和物料流变特性的复杂性,目前对于搅拌设备的选型和设计还主要依赖经验和实验,对其优劣很难用理论预测,对于能耗和生产成本,只能在一定规模的生产装置上进行对比后才能分出高低。另外对搅拌设备的放大规律至今仍无足够的认识,缺少理论指导。因此从更微观更本质的角度,采用先进的测试手段和计算流体力学方法,获取搅拌设备中的速度场、温度场和浓度场,不仅对搅拌与混合设备的优化设计具有重要的经济意义,而且对放大和混合的基础研究具有现实的理论意义。

搅拌设备

LDV / PIV测量技术
搅拌设备内流速的精确测量是一件复杂的工作。这是由于搅拌设备内的流动是三维和高度不稳定的湍流,脉动和随机湍流给流速测量带来了很大困难。早期的流速测量方法如毕托管、电磁流速计、压电探头和热线或热膜风速仪等,都由于插人流场中的探头而使流动受到干扰。20世纪80年代以来,国内外开始运用激光多普勒测速仪LDV(Laser Doppler Velocimetry)来测量不锈钢搅拌桶内流场。LDV测量是在某一测点处一段时间内进行的,因此所测速度是时均定量值,通过对不锈钢搅拌桶中每一点的测量可以得到整个流场。但由于这些测量不能同时进行,因此LDV不能用于研究非稳态流动。
为了研究时变流动,必须采用更先进的粒子成像测速仪PIV(Particle Image Velocimetry),可在瞬时得到整个流场分布。其原理是搅拌设备由一狭缝激光束照射,用两个脉冲激发光源,得到粒于场的两次曝光图像,接着从曝光时间内粒子的位移计算出速度场。但PIV的技术开发仍未完善,尚处于应用初期,目前还不能很好地测量高速湍流下的湍流参数。
利用LDV测量技术,可以准确获取不锈钢搅拌桶中丰富的信息如时均速度场、湍流强度场、雷诺应力场、剪切速率场,并可进一步计算得到宏观特征参数如排量和功耗等。因此目前LDV测量数据的一个主要用途就是验证CFD(Computational Fluid Dynamics)模型的仿真结果和提供模型边界条件。近几年LDV还被用于测量多层桨的搅拌特性,如排量和循环流量等。因为在单层搅拌器条件下所采用的测量排量的粒子跟踪法,在多层桨条件下是不适用的。
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