文档介绍：第卷第期北京化工大学学报自然科学版.. .
正
桨搅拌槽内湍流结构的研究
刘心洪郭欣高正明
北京化工大学化学工程学院,北京
摘要:在槽径为. 的桨搅拌槽内,采用时间解析粒子图像测速仪—,和常规二
维粒子图像测速仪对搅拌槽中速度场进行了测量。分别用小波分析法和角度解析法将搅拌槽中周期性
脉动和湍流脉动分开,发现两种方法所得的结果具有较好的一致性,说明了小波分析方法能够提取湍流动能。进
一步研究表明,小波分析能将脉动速度分解到各个尺度上,频率越低的尺度所含的能量越大,且各尺度能量有着相
似的分布规律。此外,随着雷诺数的增大,无因次化后的周期性脉动动能和真实湍流动能基本不变。
关键词:小波分析;搅拌槽;;湍流结构;能谱
中图分类号:
流的能量分布和在不同雷诺数下湍流动能的变化情
芦士百
况。
各种形式的搅拌槽普遍应用于化工、冶金、食
搅拌槽内速度场的测量
品、制药等领域。搅拌槽内流场的流动特性对搅拌
槽内物料的混合程度起着至关重要的作用。实验采用平底圆形有机玻璃搅拌槽,内径
由于桨叶的作用,搅拌槽内的湍流具有周期性,配置单层标准桨,直径.,距槽
的特征,为了得到真实的湍流脉动,以往的作者底距离/,全挡板条件,挡板宽度为/。以
常利用常规二维粒子图像测速仪测定搅拌清水为工作介质,液位高度,如图所
槽内的速度场,并采用角度解析的方法将周期性脉示
动和湍流脉动分开。时间解析粒子图像测速仪
.,相对于常规而
言,对速度场有很高的时间分辨功能,但是角度解析厂测量平面
的方法并不适用于。小波分析是当前应用数
学中一个迅速兴起的领域,在湍流研究领域已经有量
一
了广泛的应用。二二
本文以桨叶作为研究体系,首先在
一一
桨搅拌槽内分别采用和常规测定了

搅拌槽内的速度场,并进一步利用角度解析和小波
分析方法分别将上述两种方法测定速度场的湍流脉图实验装置图
动和周期性脉动分开。通过对比研究,证明了小波.
分析方法能够分离湍流脉动和周期性脉动,并说明为避免圆形壁面对光的折射,将搅拌槽安置在
上述两种方法的特点。此外,本文研究了各尺度湍一个同样材质的长方形器皿内,内部充满相同液位
的清水介质。示踪粒子为直径约~ 的空心
收稿日期:——玻璃珠,桨叶转速.,,,,/
基金项目:国家自然科学基金// 。搅拌槽内雷诺数为
第一作者:男,年生,博士生Ⅳ/
通讯联系人其中,为工作介质水的密度,为水的黏度,得到相
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应的.×,.×,.×,
北京化工大学学报自然科学版
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本实验采用系统,由连续激光器、高速
相机和频率控制器组成。激光器发出的激光束通过

柱面透镜形成片光,垂直于方槽的玻璃壁面射人圆

柱形有机玻璃槽内。用分辨率的
相机拍摄流场中的粒子图像,用频率控制器

设定拍摄频率。相机安放在与激光入射平面相邻的
平面前,拍摄区域集中在叶轮区。对于.
/的情况,采样频率为,样本数为。
为了进行比较,用常规的测量同一区域,采
用角度解析的方法,把两叶片之间。平均分为
个相位,每个相位各对图像。选择迪卡尔坐图平均速度场