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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。
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