易形變槳葉攪拌槽內(nèi)流場特性研究.pdf

1、攪拌槽內(nèi)流場不均勻且隨機(jī)變化,若槳葉剛度不足,則在不穩(wěn)定流場作用下易發(fā)生變形,稱為柔性葉片,本文主要研究柔性葉片變形對流場的影響。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速技術(shù)(PIV)相位解析測量同轉(zhuǎn)速(210rpm)下三種槳的攪拌槽內(nèi)流場特性,如流速、尾渦、脈動、湍流動能。結(jié)果表明柔性槳平均流

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

3、柔性槳的葉片振動和流場進(jìn)行同步拍攝,根據(jù)不同葉片變形將流動數(shù)據(jù)分組處理,將得到的流場特性進(jìn)行對比。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)高湍流動能區(qū)(k/V2tip≥0.41)面積逐漸增大,下側(cè)高湍流動能區(qū)面積逐漸減小。隨著振幅增大,尾渦徑向