其他研究则致力于研究不同流态下搅拌槽中发生的宏观不稳定现象。Bruha等人(1996)使用一个龙卷风测量仪来确定宏观不稳定的频率(MI),作为雷诺数在210-6
其他研究则致力于研究不同流态下搅拌槽中发生的宏观不稳定现象。Bruha等人(1996)使用一个龙卷风测量仪来确定宏观不稳定的频率(MI),作为雷诺数在210-67000范围内的函数。当Re=200时,没有观察到稳定性,而在Re>9000时发现0.04N-0.05N的或多或少的恒定频率。对于中间Re,发现频率随着Re呈对数增加,但没有对该现象的物理解释。另一方面,同一组作者后来报道了Re=750和1200时用激光多普勒测速仪(LDV)测量获得的0.087N的频率(Montes等人,1997)。Gallettietal.(2004)进一步研究了流体性质、操作参数、叶轮和釜几何对雷诺数从400到54400的MI频率的影响。他们对流体速度进行了点测量使用LDV接近自由液体表面,并发现对于400<Re<6300的流体,MI的特征在于0.106N的频率,而在13600<Re<54400的范围中,0.015N的频率占主导。然而,在中间范围内,两个频率都存在。他们还发现一般情况下,在恒定的Re下,流体特性的变化不会影响特征频率,尽管在研究的最低雷诺数下它们的结果确实显示出一定的离散性。后来,Ducci和Yianneskis(2007)和Ducci等人(2008)将注意力集中在了precessionalvor-tex和相关频率的物理机制上。他们在过渡区4400<Re<8000和湍流Re=27200的Rushton涡轮机下的水平面上进行二维速度测量,并使用正确的正交分解(POD)分析数据。他们发现有两种机制负责MIvor-tex。其中一个是扰动,使漩涡偏离中心,并与0.02N的特征频率有关。另一种是涡核的离子化,其特征是频率为0.1N。
搅拌槽中过渡流的模拟是一个挑战,因为流体动力学不稳定性会产生不稳定的流动,这需要被正确捕获。湍流模型通常不适用于过渡流雷诺数,因为模型中使用的涡流粘度假设是针对高雷诺数湍流设计的,也是因为壁函数在壁上假设了对数律。最终,在非常精细的三维网格上的时间相关Navier-Stokes方程的完整分辨率将是可取的,然而这样的模拟需要过度的计算努力,这在实际工程应用中可能是不可行的。因此,在文献中很少有关于搅拌槽过渡流模拟的研究,几乎所有可用的文献都可能归因于单一作者(Derksen,2011,2012a,2012b,2013;Zhang等2017年)。在他的研究中,Derksen使用莱迪兹玻耳兹曼方法对雷诺数在2000-12000范围内的流体进行直接数值模拟(DNS)。这些是非常密集的计算,这需要在高精度网格上大约100次叶轮转数。虽然这些研究并没有特别关注过渡流的基本特性,而是特定的混合应用,但结果表明,中等雷诺数允许直接模拟流动,而不使用湍流闭合或亚网格尺度楷模。尽管在最近的研究中,Zhang等人(2017)已经表明,即使对于简单的牛顿流,DNS也不能正确预测某些过渡雷诺数下的流动模式和速度波动水平。他们的工作还表明,当他们试图将为外部航空动力学开发的转换模型应用于内部流动并使用二阶迎风差分进行有限体积模拟时,他们的工作也显示了混淆模拟过渡流的困惑,他们错误地称为有限体积DNS。因此,搅拌槽中过渡流动的模拟技术(例如CFD,格子波尔兹曼)的限制和能力并未明确。此外,正如各位作者所讨论的那样,搅拌容器中的流动状态在整个体积中很少是恒定的(Duccietal.2008;Machadoetal2013)。在一些情况下,流动可能在叶轮附近完全湍流,但在更远处的区域中的过渡流或甚至层流流动状态中。知道如何在模拟中考虑流体状态的这种变化并不容易,因为这些模拟可以用合理的计算量来执行,因此适用于工程应用。
这项工作的全球目标是提供有关搅拌釜中过渡流动的知识,以便开发工程指南和工具,最终使得大家对流程/产品理解的增加以及改进产品开发和制造。特别是,本研究旨在探索牛顿流体特性(粘度,密度)和叶轮转速对PIV测量实验过渡流特性的影响,以及瞬态层流CFD模拟的数值研究。使用传统的平均流量分析和更详细的POD检查流量。