潜水搅拌器流场分析及运行优化

发布时间：2017-08-23 12:21

  本文关键词：潜水搅拌器流场分析及运行优化

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【摘要】：随着水污染日益严重,污水处理已成为当今社会一个重要的话题。搅拌是污水处理的重要环节,潜水搅拌器是水处理工艺中关键设备之一,在工业和生活污水处理中得到广泛运用,其搅拌和推流的功能效果对污水处理质量、节能降耗有着重要的影响,研究搅拌流场及其运行优化具有理论意义和工程运用价值。采用Turbogrid、Pro-E、ICEM软件,对轴流泵叶轮、贝特叶轮、水池、简化电机壳模型、导水锥三维建模并进行网格划分,基于标准的k-ε湍流模型,对不同电机转速、不同叶片间隙、不同叶片安放角、不同搅拌安装角度、有无导流壳等工况进行数值模拟。分析潜水搅拌器的外部流场和内部流场特性,并对不同工况下的潜水搅拌器的外特性参数对比研究,对不同运行工况下的潜水搅拌器搅拌效果做出综合评价,得出最优运行工况；将轴流泵叶片和贝特叶轮做对比研究,比较各自的优缺点。根据牛顿第三定律的作用力与反作用力的原理自行设计了一套实验装置,对潜水搅拌器的轴向推力和扭矩以及潜水搅拌器的电机功率进行测量,将外特性实验结果和数值模拟结果做对比研究；同时利用旋桨仪对池内的流场进行测量,将流场测量结果与数值模拟结果做对比分析。随着叶片安放角的增大,轴功率和轴向推力逐渐增大,当叶片安放角度为+4°时,基本满足搅拌要求；随着电机转速的增加,轴功率和推力不断增加,有效搅拌比不断增大,兼顾基本搅拌要求和能耗,选择576r/min作为最优转速；安装角度对出口流量和轴功率无影响,随着安装角度的增加,池内搅拌流域面积不断增加,死区的面积不断减小,当安装角度为45°时,搅拌区域的面积达到最大值,随着安装角度的继续增加,搅拌区域面积逐渐减小,但均大于0°安装角度时的搅拌面积；随着叶片间隙的增大,潜水搅拌器叶轮内部靠近导管的流体受到的扰动变强,射流出流的扩散角度呈现一定的扩散趋势,出口流量与叶片间隙大小无关,最终选取了6mm作为最优叶片间隙；由于叶片受力变大,有导管的潜水搅拌器比无导管的电机功率要小、能耗低,无导管潜水搅拌器射流扰动半径要大,无导管潜水搅拌器搅拌效果好；轴流泵叶轮推进距离远,能有效减小边壁效应,贝特叶轮整体搅拌效果较好。霍尔传感器和变频器组合实现了对电机转速的精确控制和测量。实验推力和扭矩测量装置测量精度高,扭矩和推力的数值模拟值和实验室误差小；同时旋桨仪测量的流速的趋势与数值模拟值一致,有效验证了数值模拟的准确性。
【关键词】：CFD 潜水搅拌器 导管 间隙 安放角 调速 有效搅拌比
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703.3;TQ051.72
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 潜水搅拌器的介绍11-13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.3.1 国外研究现状13-14
• 1.3.2 国内研究现状14-15
• 1.4 本文研究内容15-16
• 第二章 搅拌流场数值模拟16-25
• 2.1 潜水搅拌器叶片16-18
• 2.2 CFX软件简介18
• 2.3 潜水搅拌机数值模拟方法18-19
• 2.4 数值模拟基本参数19-24
• 2.4.1 计算模型三维造型19-20
• 2.4.2 计算模型三维造型20-21
• 2.4.3 理论基础21-22
• 2.4.4 边界条件设置和数值求解设置22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 叶片安放角对流场的影响及分析25-32
• 3.1 潜水搅拌器流场分析25-28
• 3.2 潜水搅拌器外特性参数分析28-30
• 3.3 潜水搅拌器搅拌效果分析30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第四章 潜水搅拌器产品的数值模拟32-58
• 4.1 电机转速对流场的影响32-37
• 4.1.1 潜水搅拌器调速原理33
• 4.1.2 实验方案及流场分析33-36
• 4.1.3 潜水搅拌器外特性参数分析36
• 4.1.4 潜水搅拌器最优转速选择36-37
• 4.2 安装角度对流场的影响37-42
• 4.2.1 不同安装角度流场分析38-40
• 4.2.2 外特性参数分析40-41
• 4.2.3 最佳安装角度41-42
• 4.3 叶片间隙对流场的影响42-48
• 4.3.1 外流场和内部流场分析42-45
• 4.3.2 轴功率和推力值45
• 4.3.3 池内流场分析45-47
• 4.3.4 最佳叶片间隙47-48
• 4.4 有无导管潜水搅拌器性能差异48-56
• 4.4.1 潜水搅拌器搅拌流场分析48-54
• 4.4.2 有无导管潜水搅拌器功率差异分析54-56
• 4.4.3 有无导管潜水搅拌器的评定56
• 4.5 本章小结56-58
• 第五章 自行设计叶片和产品对比分析58-63
• 5.1 流场对比分析58-61
• 5.2 搅拌效果对比分析61-62
• 5.3 本章小结62-63
• 第六章 潜水搅拌器实验63-72
• 6.1 实验目的63
• 6.2 实验装置63-67
• 6.2.1 潜水搅拌器安装方式63-65
• 6.2.2 潜水搅拌器推力扭矩测量原理65-66
• 6.2.3 流场流速测量装置66-67
• 6.3 实验结果分析67-71
• 6.3.1 无导管和有导管潜水搅拌器参数和流场测量67-69
• 6.3.2 有导管潜水搅拌器参数和流场测量69-71
• 6.4 本章小结71-72
• 第七章 结论与展望72-74
• 7.1 结论72-73
• 7.2 前景和展望73-74
• 参考文献74-77
• 硕士期间发表论文和成果77-78
• 致谢78-79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：725026