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Keywords Macro-instabilities; stirred tank; pressure; spectral analysis
目次
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 存在的主要问题 3
1.4 主要研究内容 3
2 采样程序的编写 4
2.1 LabVIEW概述 4
2.1.1 LabVIEW简介 4
2.1.2 LabView中的节点与循环结构简单介绍 4
2.2采样程序的编写 5
2.2.1 采样程序控制面板 5
2.2.2 采样程序初始化与加载驱动部分的编写 7
2.2.3 采样程序数据的采集与读写部分的编写 7
3 实验 9
3.1 实验装置 8
3.1.1 液位变送装置 8
3.1.2 A/D转换器MP426 9
3.1.3 搅拌装置 9
3.2 实验步骤 11
4 数据处理方法的选择 11
4.1 Fourier变换 12
4.1.1 连续Fourier变换 12
4.1.2 离散Fourier变换 12
4.1.3 快速Fourier变换 13
4.2 功率谱估计 13
4.2.1 功率谱密度 13
4.2.2经典功率谱密度估计方法 13
4.2.3 窗函数的选择 14
5 实验结果与讨论 18
5.1 信号监测 18
5.2 转速对宏观不稳定性的影响 18
5.3 测量位置对实验测量的影响 22
5.4 桨间距对宏观不稳定性的影响 24
5.5 离底高度对宏观不稳定性的影响 26
5.6 实验结果与分离涡模拟（DES）结果对比 30
结论与展望 32
结论 32
展望 33
致谢 34
参考文献 35
1 绪论
1.1 研究背景及意义
搅拌是过程工业中常见的单元操作之一，搅拌设备在化工、食品、生物、医药等领域均有着广泛的应用。在搅拌槽内，搅拌桨通过旋转把机械能转化为流体的动能，进而在搅拌槽内形成流场，从而完成传热、传质过程。因此，对搅拌槽内流动特性的研究对提高传热和传质效率、优化搅拌设备设计具有十分重要的意义。
目前认为，在搅拌槽中流动形式的不稳定性共有三种[1]。第一种由桨叶离搅拌槽底距离变化引起。当桨叶离底高度改变时，流动形式通常在主循环流（single-loop pattern）和二次循环流（double-loop pattern）之间变化。第二种流动不稳定形式与叶轮转速有关。比如在使用PBT桨时，存在着一个特定的雷诺数ReM, 在超过该值后，搅拌槽内的流型由径向流向轴向流转变。第三种是多种不同形式的宏观不稳定的共同作用。宏观不稳定性的基本形式有两种—循环流不稳定性（the instability of circulation loops）与涡流不稳定性（whirlpool vortex related instability）。搅拌槽内存在的大尺度、低频率的流型变化规律称为宏观不稳定现象。研究并合理的利用该现象可以缩短混合时间、增强混合效果、提高传热传质效率。因此，研究搅拌槽内的宏观不稳定性具有十分重要的意义。
1.2 国内外研究现状
1.3 存在的主要问题
通过上述总结可知，有关双层搅拌槽中的宏观不稳定性研究主要存在以下问题：
1.国内外学者对单层桨搅拌槽中流体的宏观不稳定性研究较多，对双层桨搅拌槽内流体的宏观不稳定性研究较少。
2.在对双层桨搅拌槽内流体的宏观不稳定性的研究中，关于双层Rushton桨和双层PBT桨的研究较多，关于双层6-HEDT桨的研究较少。