CBY桨搅拌槽内湍流结构的研究.pdfVIP

第 37卷 第 5期 北京化工大学学报 (自然科学版) Vo1．37．No．5 2010正 JournalofBeijingUniversityofChemicalTechnology(NaturalScience) 2010 CBY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 100029) 摘 要 ：在槽径为0．192m的CBY桨搅拌槽 内，采用时间解析粒子 图像测速仪 (time—resolvedPIV，TRPIV)和常规二 维粒子 图像测速仪 (2DPIV)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 ；TRPIV；湍流结构 ；能谱 中图分类号 ：TQ027 流的能量分布和在不同雷诺数下湍流动能的变化情 芦jI 士百 况 。 各种形式 的搅拌槽普遍应用于化工 、冶金、食 1 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 T= 由于桨叶的作用 ，搅拌槽 内的湍流具有周期性 192mm，配置单层标准 CBY桨 ，直径 D=0．4T，距槽 的特征 ，为了得到真实的湍流脉动 ，以往 的作者 底距离 C=T／3，全挡板条件 ，挡板宽度为 T／10。以 常利用常规二维粒子图像测速仪 (2DPIV)测定搅拌 清水为工作介质，液位高度 H=192mm，如图1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 (time．resolvedPIV，TRPIV)相对 于常规 2DPIV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 TRPIV。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 l 1E量 一 了广泛的应用 。 二二)I I 本文 以CBY桨叶作为研究体 系，首先在 CBY lIlL38mm1 一 一 __j 桨搅拌槽 内分别采用 TRPIV和常规 2DPIV测定 了 l92mm 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 1 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