易形變槳葉攪拌槽內(nèi)流場(chǎng)特性研究.pdf

1、攪拌槽內(nèi)流場(chǎng)不均勻且隨機(jī)變化,若槳葉剛度不足,則在不穩(wěn)定流場(chǎng)作用下易發(fā)生變形,稱為柔性葉片,本文主要研究柔性葉片變形對(duì)流場(chǎng)的影響。選用超彈性鎳鈦合金制作柔性槳,通過高速相機(jī)捕獲槳葉振動(dòng)特性,并根據(jù)柔性槳在靜止?fàn)顟B(tài)與平均變形下的形狀分別采用鎢鋼和彈簧鋼制作剛性直葉槳與剛性彎葉槳。
　　采用高頻二維粒子圖像測(cè)速技術(shù)(PIV)相位解析測(cè)量同轉(zhuǎn)速(210rpm)下三種槳的攪拌槽內(nèi)流場(chǎng)特性,如流速、尾渦、脈動(dòng)、湍流動(dòng)能。結(jié)果表明柔性槳平均流

2、速更大,湍流擴(kuò)散強(qiáng)度高,柔性槳的振動(dòng)導(dǎo)致尾渦的徑向位置較剛性槳更向外,且柔性槳的三個(gè)方向速度脈動(dòng)均較剛性彎葉槳高。
　　為驗(yàn)證攪拌槽內(nèi)流場(chǎng)的各向同性假設(shè)對(duì)柔性槳的適用性,分別豎直拍攝和水平拍攝得到流場(chǎng)的三個(gè)方向速度脈動(dòng)。將三個(gè)速度分量計(jì)算的湍動(dòng)能和各向同性假設(shè)計(jì)算的湍動(dòng)能進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)兩種方法計(jì)算的湍流動(dòng)能差距很小,各向同性假設(shè)對(duì)柔性槳和剛性槳均適用,但柔性槳的兩種方法得到的湍動(dòng)能差別較剛性槳小。
　　通過高速相機(jī)和PIV對(duì)

3、柔性槳的葉片振動(dòng)和流場(chǎng)進(jìn)行同步拍攝,根據(jù)不同葉片變形將流動(dòng)數(shù)據(jù)分組處理,將得到的流場(chǎng)特性進(jìn)行對(duì)比。發(fā)現(xiàn)高速區(qū)(Vel/Vtip≥0.65)面積與葉片變形量成正相關(guān),與振幅成負(fù)相關(guān)。平均變形及中等振幅附近的速度分布、湍流動(dòng)能、尾渦分布均最接近總體的相位解析分布。隨著變形量的增加,上下尾渦核心區(qū)徑向分布范圍和徑向分布差別均依次增大。上側(cè)高湍流動(dòng)能區(qū)(k/V2tip≥0.41)面積逐漸增大,下側(cè)高湍流動(dòng)能區(qū)面積逐漸減小。隨著振幅增大,尾渦徑向