潛水攪拌機射流特性及實驗研究.pdf

1、潛水攪拌機屬于新型高效的污水處理攪拌機械，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等污水處理方面有著廣泛的應(yīng)用。隨著國家對環(huán)保與污水處理的高度重視，潛水攪拌機應(yīng)用行業(yè)得到了前所未有的拓展。為了探索潛水攪拌機設(shè)計理論、攪拌流體內(nèi)部流動機理以及流動規(guī)律，本文基于理論分析、物理實驗與數(shù)值模擬并重的研究方法，對潛水攪拌機進行了系統(tǒng)研究。本文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:
　　 1、首次推導了潛水攪拌機的水推力、轉(zhuǎn)矩、功率計算公式，得出了攪拌功率與攪拌機轉(zhuǎn)速的3次方呈正

2、比，攪拌功率與攪拌流體密度呈正比，水推力與攪拌流體密度呈正比的結(jié)論;首次從理論角度推導出潛水攪拌機效率的估算公式，得出了潛水攪拌機效率與水推力的3/2次方呈正比，與葉輪直徑成反比，與葉輪轉(zhuǎn)速呈反比的關(guān)系，為潛水攪拌機葉片設(shè)計提供了理論依據(jù)。
　　 2、對網(wǎng)格無關(guān)性進行了討論。比較分析了剛蓋假定、VOF模型、Wall壁面等三種水池自由液面的處理方法，通過計算值與實驗值的對比，綜合實際條件，最終選擇剛蓋假定處理水池自由液面，模擬計算

3、較為合理。
　　 3、針對不同形狀的水池，首次提出了單個或多個潛水攪拌機的最佳安裝方式，以獲得滿意的攪拌效果，對工程應(yīng)用具有重要的指導價值。
　　 4、結(jié)合四種不同型號潛水攪拌機的數(shù)值模擬計算結(jié)果，首次提出了潛水攪拌機攪拌流體流態(tài)屬于淹沒非自由湍流圓斷面旋動射流，且徑向壁面射流、沖擊射流相互影響，水池內(nèi)存在卷吸現(xiàn)象、附壁現(xiàn)象、旋渦現(xiàn)象;分別給出潛水攪拌機的軸向推進距離x，擾動半徑R的計算方式，提出水池與潛水攪拌機的匹配原

4、理，填補了此類工程技術(shù)方面的理論空白?？偨Y(jié)出了流體沖出潛水攪拌機出口一定距離后，流速分布具有相似性，其滿足v/vmax=a1e-（（y-ymax）/y0.5+b1/c1)2-a2e-（（y-ymax）/y0.5+b2/c2)2形式的關(guān)系;同時揭示出最大軸向速度沿軸向以雙曲線形式衰減的規(guī)律。
　　 5、重點對WJ0.75-4-210潛水攪拌機攪拌的4000mm×1000mm×1500mm水池內(nèi)流體進行了詳細的定常和非定常數(shù)值模擬。

5、首先，對水池內(nèi)流體進行定常計算，考察水池內(nèi)附壁效應(yīng)與旋渦現(xiàn)象，分析池內(nèi)流體軸向速度、徑向速度與周向速度沿徑向分布，分別研究葉輪區(qū)域的壓力場與速度場，葉輪出口的環(huán)量、軸面速度、軸向速度、徑向速度、周向速度，得出以下結(jié)論:水池內(nèi)流體為高雷諾數(shù)、湍流強度大的流體;水池內(nèi)流體經(jīng)由葉輪形成射流，流體軸向推進，徑向擴散;葉輪附近流體速度較大，池內(nèi)其他部位流體速度較小;池面與池底的流體速度場為雙拋物線分布，水池中部攪拌機安裝截面附近流體速度為拋物線分

6、布;水池內(nèi)流體流場附壁效應(yīng)現(xiàn)象明顯，池內(nèi)形成了大尺度的旋渦以及Λ型渦結(jié)構(gòu)，還有很多小尺度的渦，流動非常復雜，這些均與理論分析相互驗證。接著，對水池內(nèi)流體進行非定常計算，考察葉輪進口、葉輪內(nèi)以及葉輪出口壓力脈動的幅域、時域和頻域。從而揭示了WJ0.75-4-210潛水攪拌機攪拌流場的流動機理與流動規(guī)律，為深入研究潛水攪拌機設(shè)計制造的關(guān)鍵技術(shù)奠定了一定基礎(chǔ)。
　　 6、首次采用兩種方法對潛水攪拌機攪拌流場進行了測試，一種是利用流速儀