（化学工程专业论文）搅拌槽内流动结构的piv研究.pdf

北京化工大学位论文原创性声明 ：i l i i ii iiii iii i iii ii lu l y 18 10 5 6 7 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 作者签名：是查二 日期：2 q 垒1 ：笸：亟 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的 规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京 化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件 和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部 或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学 位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在上年解密后适用本授 权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 作者签名： 导师签名： 美参 日期：坌叟望工五 日期：衅：墅； 学位论文数据集 中图分类号 t q 0 2 7学科分类号 5 3 0 1 1 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 0 7 0 0 7 2密级 公开 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名吴莹 学号2 0 0 4 0 0 0 0 7 2 获学位专业名称化学工程获学位专业代码 0 8 1 7 0 1 课题来源 自然科学基金 研究方向流体混合 论文题目搅拌槽内流动结构的p i v 研究 关键词搅拌槽；流动结构；粒子图像测速技术 论文答辩日期2 0 0 7 年5 月3 1 日论文类型1 基础研究 学位论文评阋及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师高正明教授 北京化工大学流体混合 评阅人l张卫东教授北京化工大学传质与分离 评阅人2 包雨云副教授 北京化工大学流体混合 评阅人3黄雄斌研究员北京化工大学流体混合 评阅人4 评阅人5 椭员会拂张卫东教授 北京化工大学 传质与分离 答辩委员1包雨云副教授北京化工大学流体混合 答辩委员2 黄雄斌 研究员北京化工大学流体混合 答辩委员3 答辩委员4 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 - 9 ) 学科分类与代码中查询 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成 一一十rp i 一，h 摘要 搅拌槽内流动结构的p iv 研究 摘要 在化工过程及有关的工业生产中，流体混合占有很重要的地位。各种 形式的搅拌槽广泛应用于化学工程、石化工程、生物技术工程以及制药工 程等领域。由于搅拌目的多样性和混合反应的复杂性，当前的混合技术还 存在不少问题：搅拌槽内的流动是三维的、不稳定的湍流，脉动和随机湍 流给流速测量带来了很大困难等等。为了有效控制相关的混合和反应，就 需要有效的认识搅拌槽内流场和流动结构。 近十几年，国外学者利用p i v 对搅拌槽内的流场进行的研究，多集 中在小尺度的搅拌槽中进行，而对于同一搅拌槽中，桨叶直径对流场影响 的研究很少。 本实验使用粒子图像测速技术( p i v , p a r t i c l ei m a g ev e l o c i m e t r y ) 对 r u s h t o n 涡轮桨，全挡板的搅拌槽内流场结构进行研究。在标准配置的搅 拌槽内，测得桨叶转过六个不同角度处的流场图像，分析处理得到桨叶附 近的速度场和湍流动能分布。在同一搅拌槽中采用固定r e 数的准则，对 比不同直径的r u s h t o n 涡轮桨的速度和湍流动能分布。结果表明，r u s h t o n 桨叶产生的径向射流沿径向方向是向上方倾斜的，倾斜角度在5 - - 6 度； 在排出区，湍流动能沿径向先增加至一峰值后减小；使用不同桨叶直径的 r u s h t o n 涡轮桨，无因次化后的速度和湍流动能的大小和分布并无差别。 但是大直径的桨叶以较小的输入功率，产生高排液量和低剪切速率，小直 径的桨叶则用较大的输入功率，产生低排液量和高剪切速率；径向射流偏 角随着桨径的增大而略微增大。 本文的研究对搅拌槽内的流场研究有参考意义。 关键词：搅拌槽；流动结构；粒子图像测速技术( p i v ) a b s l l la c r p i vs t u dyo ff l o ws t r u c t u r e i n as t i r r e d 删k a b s t r a c t m i x i n gp r o c e s si si m p o r t a n tu n i to p e r a t i o ni nc h e m i c a le n g i n e e r i n ga n d m e t a l l u r g i c a li n d u s t r y , a n dm i x i n ge q u i p m e n t sa r ew i d e l yu s e di nc h e m i c a l e n g i n e e r i n g ，f o o di n d u s t r y , p e t r o c h e m i c a l p r o je c t s ，b i o t e c h n o l o g y a n d p h a r m a c e u t i c a le n g i n e e r i n ga n d o t h e rf i e l d st os t r e n g t h e nt h es i n g l eo r m u l t i p h a s ef l u i di nd i s p e r s i o n ，m i x i n ga n d r e a c t i o n a st h ev a r i o u sp u r p o s e so f m i x i n ga n dt h e c o m p l e x i t yo fm i x i n gr e a c t i o n s ，t h e r e a r es t i l l m a n y q u e s t i o n si nt h ec u r r e n tm i x i n gt e c h n o l o g y i no r d e r t oc o n t r o lt h em i x i n ga n d r e a c t i o n se f f e c t i v e l y , i ti sn e c e s s a r yt ou n d e r s t a n da n dp r e d i c tf l o ws t i r r e dt a n k s t r u c t u r e p a r t i c l e i m a g ev e l o c i m e t r y ( p i v ) i su s e dt os t u d y t h ef l o wf i e l di ns t i r r e d t a n kw i t hr u s h t o nt u r b i n ea n df u l lb a f f l e s p a r t i c l ei m a g e sa r ec a p t u r e da ts i x d i f f e r e n tb l a d ep o s i t i o n su n d e rt h ec o n d i t i o no fr e y n o l d sn u m b e rb e i n g 6 2 x 1 0 4 ，t h em e a na n dt h ep h a s e a v e r a g e dv e l o c i t yf i e l d sa r eo b t a i n e d ，a n dt h e t u r b u l e n tk i n e t i ce n e r g yd i s t r i b u t i o np r o f i l e sa r ea l s op r e s e n t e d t h er e s u l t s s h o w e dt h a tr a d i a lj e tf l o wo fr u s h t o nt u r b i n ea l o n gt h er a d i a ld i r e c t i o ni s t i l t e dt ot h et o p c l o s i n gt ot h ei m p e l l e rt i p ，t h er a d i a lv e l o c i t yi sh i g h e rt h a n o t h e rp a r t s a w a yf r o mt h eb l a d et i p ，r a d i a lv e l o c i t yi sg e t t i n gs m a l l e ra n d i i i 北京化1 = 大学硕士学位论文 s m a l l e r n e a r i n gt h ei m p e l l e rt h et u r b u l e n tk i n e t i ce n e r g yi sg r o w i n gf i r s t ，t h e n d e s c e n d i n g t h ei n f l u e n c eo fi m p e l l e rd i a m e t e ri sa l s os t u d i e si nt h et h e s i s t h e i m p e l l e rd i a m e t e rh a sn oi n f l u e n c eo nv e l o c i t ya n dt u r b u l e n tk i n e t i ce n e r g yo f i m p e l l e rs t r e a m ，b u ta f f e c t so nt h ei n p u tp o w e r , s h e a rv e l o c i t y , p u m p i n g c a p a b i l i t i e sa n dt h er a d i a lj e ta n g l e k e y w o r d s ：s t i r r e dt a n k ；f l o ws t r u c t u r e ；p i v i v 目录 目录 摘j i l 兽i a b s t r a c t i i i 目录v 符号说明v i i 前言1丹i j舌 第一章文献综述3 1 1 流场的测量。3 1 1 1 湍流3 1 1 2 流场测量的方法5 1 1 3 单相流场的测量研究6 1 2 粒子图像测速( p ) 技术及其应用9 1 2 1 粒子图像测速( p i v ) 技术简介9 1 2 2 粒子图像测速( p ) 技术特点9 1 2 3 粒子图像测速( p ) 技术的发展1 0 1 2 4 粒子图像测速( p ) 技术的应用1 0 1 2 5 粒子图像测速( p ) 技术的原理1 0 1 2 6 粒子图像测速( p i v ) 技术的组成二。1 2 1 2 7 粒子图像测速( p i v ) 技术粒子图像的处理方法1 5 1 3 三维粒子图像测速( p ) 技术的原理1 8 1 4 粒子图像测速( p i v ) 技术在搅拌槽内的应用1 9 1 4 1 粒子图像测速( p ) 技术在国外研究现状1 9 1 4 2 粒子图像测速( p i v ) 技术在国内研究现状2 0 第二章实验方法与装置2 3 2 1 研究目的和内容2 3 2 2 实验装置2 3 2 2 1 搅拌槽。2 3 2 2 2 搅拌桨2 4 2 2 3 粒子图像测速( p ) 装置。2 5 第三章r u s h t o n 涡轮桨的流场研究2 9 3 1 样本数2 9 3 2r u s h t o n 涡轮桨搅拌槽的流场研究。3 0 3 2 1 速度场。3 0 v 北京化工大学硕1 ：学位论文 3 2 2 脉动速度3 5 3 2 3 湍流动能。3 8 3 3 d 、结4 1 第四章桨叶直径对流场影响的研究4 3 4 1 桨叶直径对速度的影响4 3 4 2 桨叶直径对湍流动能的影响4 7 4 3 桨叶直径对径向射流偏角的影响4 8 4 4 桨叶直径对其他参数的影响4 8 4 4 小结一5 0 第五章主要结论5 1 参考文献- 5 3 致谢。5 7 攻读学位期间发表的学术论文5 9 v l 符号说明 c d h k k m n n p n q p q ， r r r c t t u u 。 u t i p u z ， “ u 。 “一 矿 w a ， v 平均 符号说明 桨叶离底高度 搅拌桨直径 液面高度 图片对数 湍流动能 采集数据位置数 搅拌转速 搅拌桨功率准数 叶轮排出量准数 搅拌轴功率 叶轮排出量 搅拌桨半径 径向距离 雷诺数 搅拌槽直径 时间 瞬时速度 径向速度 叶端线速度 轴向速度 脉动速度 实际脉动速度 周期脉动速度 时均速度 相位平均速度 轴向脉动速度 桨叶宽度 径向脉动速度 湍流能量耗散速度 微观尺度 运动粘度 平均剪切速率 l m m m m m m m 2 s - 2 r s 1 w m 3 s - l m m m m m m s m s l m s 1 m s l m s 1 m s 。l m s 1 m s 1 m s 。l m s 。l m s 。l m m m s 1 m 2 s - 3 m m m 2 $ - l s 1 北京化工大学硕士学位论文 v 大 口 p ， a t 准数说明 n p n q 缩略词 u d a p 最大剪切速率 相位角度 液体密度 液体粘度 激光脉冲间隔时间 功率准数 叶轮排出量准数 雷诺准数 l a s e rd o p p l e ra n e m o m e t r y p a r t i c l ei m a g e v e l o c i m e t r y i l s 。l k g m 3 p a s l s r ：p d 2 n 志分 前言 1 - j o 刖吾 在化工过程及有关的工业生产中，流体混合占有很重要的地位。各种形式的搅拌 槽广泛应用于化学工程、石化工程、生物技术工程以及制药工程等领域，以加强单相 或多相流体的扩散、混合和反应。由于搅拌目的多样性和混合反应的复杂性，当前的 混合技术还存在不少问题：搅拌槽内的流动是三维的、不稳定的湍流，脉动和随机湍 流给流速测量带来了很大困难等等。为了有效控制相关的混合和反应，就需要认识和 预测搅拌槽内流场和流动结构。 搅拌槽中的流动和流场结构是研究搅拌槽内流场状况的主要内容。通过实验测得 搅拌槽内流体的时均速度、脉动速度、湍流动能等流动参数，分析尾涡的形成与发展， 脉动速度对流场的影响，湍流动能和湍流动能耗散率的分布，从而得到搅拌槽中的流 场结构。 早期的学者利用皮托管和热膜风速仪对搅拌槽内的流场进行了研究，近十几年， 研究者主要通过直接测量流场( p i v 和l d a ) 和数值模拟两方面，针对流场结构 进行研究。前人的研究多其中在小尺度的搅拌槽，而对于同一搅拌槽中，桨叶直径对 流场影响的研究很少。 。 本实验采用p i v 技术做为测量手段，首先测量标准配置的搅拌槽中的流场，并 与前入研究比较，验证本文p i v 实验的准确性。再采用固定雷诺数的放大准则，研 究同一搅拌槽中桨叶直径对流场的影响：通过直接得到时均速度场、湍流强度场、雷 诺应力场、剪切速率等，进一步计算得到宏观特征参数如排液量、功率消耗和径向射 流偏角方面。本文的研究对搅拌槽内的流场研究有参考意义。 北京化工大学硕士学位论文 2 文献综述 第一章文献综述 混合是化工过程中的重要操作。各种形式的搅拌槽普遍应用于化工、冶金、食品、 制药等领域，用以加强单相或多相流体的扩散、混合和反应。由于搅拌目的多样性和 混合反应的复杂性，平均流动、由桨叶旋转带来的周期脉动、湍流脉动这些不同形式 的流动同时存在于搅拌槽内，给搅拌槽内的流场测量带来了很大困难，因此认识和预 测搅拌槽内流动的结构，对搅拌槽的设计有重要的意义。通常的研究办法就是对小尺 度的搅拌槽进行试验，测量搅拌槽内的流场，将所得到的试验结果通过应用几何相似、 运动相似和动力相似的量纲分析方法，推算到大尺度搅拌槽上i l j 。 1 1 流场的测量 1 1 1 湍流 由于在搅拌槽中产生大量的返混现象，所以搅拌槽中流体的运动状态一般为湍 流。湍流是有结构的不规则多尺度流动【2 1 。湍流产生的原因有2 种，一是由流过固体表 面的摩擦力引起的，称为壁面湍流；另一种是由速度不同的两层流体相接触或者相遇 造成的，称为自由湍流1 3 j 。 在多数化工混合过程中，除了大尺度的循环混合外，其余都是由湍流脉动形成的 微观混合。湍流运动存在两个过程，一是由惯性引起的能量输运过程，从平均情况来 看，可设想能量输运的方向由含能高的部分向含能低的部分输运，因此大尺度低波数 涡旋的能量传导小尺度高波数的涡旋，趋势是使能量分布均匀化，使能量扩散到高波 数中去。另一是由粘性引起的能量耗损过程。 虽然湍动是不规则的运动，却可以通过测量搅拌槽内流体的时均速度、脉动速度、 湍流动能和湍流耗散率等湍流参数获得流场的流动结构。 ( 1 ) 时均速度和脉动速度 尽管湍流过程中搅拌槽内各点的瞬时速度事紊乱的变动的，但是却总在某一平均 值附近波动。即： u + u 式( 1 - 1 ) 其中u 是某点的瞬时速度， 是该点的平均速度，u 是脉动速度。 ( 2 ) 能谱函数 能谱函数是表示大小旋涡能量级联遍历过程的函数，能谱函数随空间位置的变化 意味着湍动能量的传递和耗散1 4 l 。 3 北京化工大学硕士学位论文 ( 3 ) 湍流强度和湍流尺度 湍流强度和湍流尺寸是湍流流场的两个重要特性，前者表示漩涡的旋转速度和在 一定大小的漩涡中包含的能量，后者表示漩涡的尺寸。 一般用脉动速度平方的平方根平均值( 均方根( r m s ) 速度) 表示湍流强度。 湍流尺度是指湍流场中漩涡的尺寸。湍流的宏观尺度，即最大漩涡尺寸，由装置 的尺寸决定，一般认为最大漩涡尺寸与桨叶的尺寸具有相同的数量级；微观尺度，即 最小漩涡尺寸的数量级为 a o c1 0 。d 式( 1 2 ) 其中d 是搅拌桨直径。微观尺度越小，则达到混合均匀状态的速度越快【3 1 。 ( 4 ) 湍流动能和湍流动能耗散率 湍流动能的分布实际上就是脉动速度的分布，定义为： k = 去( “口+ y 2 + w 口) 式( 1 3 ) z 湍流动能耗散率用雷诺应力梯度的形式表示为： 2 i ( 詈卜( 鼍) + ( 薏) 2 】+ ( 缸0 u ：, ，+ ( 等) - + ( 鼍卜( 等卜( 詈) + ( 薏卜 2(薏，iou2+鼍，百0u3+鼍。瓦au30 x 0 x 0 x )i 缸2 l3 缸l 舐3 2j 式( 1 4 ) 由于上式较为复杂，需要直接测量各项，且运算量大，因此，一半计算中采用下 式： ：爿晕式( 1 5 ) a 其中a 为常数。 如果湍流的任何统计特性均无方向性，则称为“各向同性湍动”。这类湍动处于理 想的无规则状态，没有平均速度的梯度，因此不能产生平均剪切力。 只要在湍动的流体中存在着平均速度的梯度，就是“各向异性湍动”。由于平均速 度的梯度必产生平均剪切力，因此将这种湍动称为“剪切流湍动”。壁面湍动和各向异 性的自由湍动均为剪切流湍动。即使主体流动并非各向同性湍动，也不妨碍局部各向 同性湍动的存在。在搅拌槽中，只要主体流动的雷诺数大于1 0 5 ，湍流的宏观尺度与微 观尺度之比远远大于1 ，就可以认为是存在局部的各向同性湍动，可应用k o l m o g o r o v 的局部各向同性湍动理论处理搅拌槽内的分散操作【3 1 。 文献综述 1 1 2 流场测量的方法 目前测量流场的方法主要有热膜热线风速仪法，皮托管法，激光多普勒法和粒子 图象测速法。流场测量方法不同，原理也各不相同： 1 热膜风速仪法 热膜风速仪是通过测量热膜上的热量损失来测量气体流速。当有气流通过热膜 时，热膜在流场中与气流进行强迫对流换热，因而带走部分热量，根据这个原理可测 量流速。此方法可用于不稳定流动中的动态速度测量。但这种方法的最大缺点是接触 式测量，对流场有较大的干扰。 2 皮托管法 皮托管可以用来测定混合容器中的流速。皮托管测试原理是利用流体绕流球体的 特性，同时采用对向测量和不对向测量相结合的方法。所谓对向法，即让探针绕其自 身轴线转动，直到探针两侧压力孔所测压力相等，此时两侧压力孔的对称中心线就与 流体方向一致，流体方向角可从探针的转动装置分度盘上读出。不对向法即探针固定 在某个方向上，而测量两侧孔的压力差，然后根据探针校正曲线，确定流体方向角的 大小。皮托管法和热膜风速仪法一样要将感应器与被测流体接触。它的另一缺点是不 易测量低速。目前皮托管主要应用在管道流速的测量上。 3 激光超声波速度分布探测法 此技术建立在声光干涉基础上。当超声波在流体中传播时，由于光弹效应使流体 介质折射率发生周期性变化，形成超声光栅，激光束通过该光栅时发生衍射，使激光 束方向发生偏转，产生声光偏转效应。用激光束偏转来记录超声信号在流场中传递时 间的变化，以此实现对流动速度、旋涡环量等参数的测量1 6 】。此种技术的一个显著特 点是无需在流场中注入粒子，用超声信号记录流场参数变化，因此可以对流场中任何 一点处的流动进行准确的瞬时定量测量，为研究旋涡流动的稳定性与破裂特性提供了 有力的测量手段。 4 激光多普勒测速( 1 a s e rd o p p l e rv e l o c i m e t r y ，简称l d v ) 技术 又称激光多普勒风速测量技术、激光测速技术，是近些年发展起来的。激光多普 勒测速原理是基于多普勒效应并采用光外差或干涉条纹模型进行的。当激光源与观察 者处于相对运动状态时，观察者所接收到的光频将是变化的，频率变化量与相对速度 的大小、方向和激光波长有关。当光源与观察者的相对运动使两者距离减小时，频率 增高，反之频率减少当静止观察者( 或接收器) 接收从运动物体散射的光时，也可观 察到类似现象。这种现象在物理学上称为光学多普勒效应。激光多普勒测速技术就是 根据这一原理实现的。 2 0 世纪8 0 年代以来，国内外开始运用激光多谱勒测速仪l d v 来测量搅拌槽 内流场，它是一种较为有效的流场测量手段。利用l d v 测量技术，可以准确获取搅 5 北京化工大学硕士学位论文 拌槽中丰富的信息，如时均速度场、湍流强度场、雷诺应力场、剪切速率场，并可进 一步计算得到宏观特征参数如排量和功耗等。 由于l d v 是在一段时间内某一测点处进行测量，因此所测速度是时均定量值， 通过对搅拌槽中每一点的测量可以得到整个流场。l d v 是一种光学仪器，它只能在 光学透明容器内进行测量，由于粒子对入射光和散射光穿透能力的干扰，液体内不能 有高浓度的气泡和悬浮固体，这种技术只能用于穿透距离短的液相流场和低固含的固 液两相流场的测量。l d v 是典型的单点测量仪器，即使使用微机自控的激光测速仪， 每次也只能测量一点，要想获得一个搅拌混合设备的流场信息，就需要测量几十到几 百个点，由于这些测量不能同时进行，因此l d v 不能用于研究非稳态流动【5 】。 5 粒子图像测速( p a r t i c l ei m a g ev e l o c i m e t r y ，简称p i v ) 技术 p i v 技术本质上是图像测速技术中的一种，是在近十几年来才发展起来的一种先 进的现代流动测量技术。这种技术可在瞬时得到整个流场分布。它把摄像机与图像处 理技术相结合，其原理是将搅拌槽由一狭缝激光束照射，用两个脉冲激发光源，得到 粒子场的两次曝光图像，接着从曝光时间内粒子的位移计算出速度场。p i v 技术能够 测量瞬时速度场、把整个速度场上的全部速度矢量描绘出来，从而一下子解析出一个 剖面的流场信息。具有不干扰流场，测量精度高，动态响应快，分辨率高等优点，实现了实 时采集分析、显示粒子图像、速度矢量图，成为流速测量的首选。多用于单相流场的测 量。 近些年来随着计算机技术和图像处理技术的进步，p i v 技术在欧美日等发达国家 得到了迅速发展，现在已经逐步应用于各种流体中，从定常流动到非定常流动、低速 流动到高速流动、单相流动到多相流动等。我国的p i v 研究还处在起步阶段。 1 1 3 单相流场的测量研究 由于单相流的流场测试较为容易， 拌槽内的单相流的流场进行试验研究， 进行研究。 在过去的几十年里，很多学者和研究人员对搅 故很早就有了一些报道，主要都是对湍流结构 1 9 5 4 年，s a c h s 和r u s h t o n l 7 】利用粒子成像的方法对四叶盘状r u s h t o n 涡轮桨的 桨叶区和排出区的流动进行了研究。 v a n tr i e t 和s m i t h 8 j 也用粒子成像的方法对r u s h t o n 涡轮桨叶片后侧的一对尾涡 形成的过程进行了研究，并从理论上进行了描述，得到的理论结果与实验并不相符合。 1 9 7 5 年，g i i n k e l 和w e b e 0 9 】用固定在搅拌轴上的热膜风速仪测出了r u s h t o n 涡 轮桨对空气进行搅拌时的流场，并首先测出了桨叶内的空气流速，研究表明，在 r u s h t o n 涡轮桨的每对桨叶之间存在四个漩涡，两个在圆盘的上方，两个在圆盘的下 方。 6 文献综述 1 9 7 6 年，v a n tr i e t i l o 】用热膜风速仪对以水为介质的搅拌槽进行了研究，在排出 流区的流动中，他们发现，由于桨叶后侧存在尾涡的作用，使得搅拌桨附近的流动有 着很强的周期性，其周期同桨叶旋转的频率有关，而非随机湍动，它们将这种周期性的 振动称为“拟湍动”。 1 9 8 6 年戴干策i l l 】利用热膜风速仪测量了涡轮的时均速度与脉动速度的特征。在桨 叶区，桨叶旋转直接推动液体( 主流) ，液体具有射流特性，卷吸周围流体( 欠流) 。中心 速度随径向距离的增加而衰减，三个速度分量以切向和径向为主，轴向速度可以忽略。 循环流区，由于主流的卷吸作用造成液体的流动，总流量可达桨叶排出流量的几倍。 径向速度很小，随着远离桨叶，愈以轴向速度为主。 1 9 8 8 年c o s t e s 和c o u d e r c 1 2 】用激光多普勒测出了r u s h t o n 涡轮桨搅拌槽内的平 均流场，给出了搅拌槽内流动的平均流场，搅拌槽内流动l - g 平面上的平均矢量图， 通过分析发现，在高的雷诺数( 2 7 0 0 0 jj ! ：j 二二二二= j j j j ! ：! ：二二二，一： 卜j 、j 、j ! ! 二二：二二二二二- 三，= ：二： 、? 、：二1 ：= 二= ：二z 二：= = 卜：i 、? 匹：二：= = = ：二：= = ：二 卜、j 蕊主：! ：= = = = = 二= - 一一0 4 l 一 h 4 _ ， 二一铺 一广_ 一 巨荔荔荔荔荔= 三三墨 乒麓红缀：；蠢三z ： 口7 删f 川：- ：；二二： j l - 三止上山上皿 1 21 41 r ，r ( d ) 2 专 n o - 1 2 1 专 n o - 1 0ll l - l 。l i o 。- 。 o l 。 、 0 1。 t 。+ + ltl il - 。i 。、 、i 。一 t i ft 7 一一一 、一一。 m 、，一 “、”一一 f 、“q _ _ 十。一 _ t q “1 1 7 一一。一一 一十_ - _ 。_ 1 r 一。_ j 。j - 。 一。- p j 雌走t 5 k - - _ i 一 一尸5 ， 三 j ， t t ，| | t | l ，一 ，i ，f | tff t p 1 6 1 r r1 2 1 4 图3 2d l = 0 3 3 t 的r u s h t o n 涡轮桨的相位平均速度场 2s e r i e so fp h a s e a v e r a g ev e l o c i t yf i e l d so fd l _ 0 3 3 tr u s h t o nt u r b i n e ( a ) 0 。，( b ) 1 0 。，( c ) 3 0 。，( d ) 4 0 。，( 0 5 0 。，( d 6 0 。 3 1 _ 1 1 1 s 1 2 1 0 4 0 9 l 0 7 8 o 6 5 o 5 2 o 3 9 o 2 6 o 1 3 o 餮， 鋈圣一 ，二：，-，-一一 ：一十，、o i i _ ， ：j，r i f h ，t，t、jl、 ， 一一 ，_t ， 、j-_， ，、q蓬 ；、o，u；、_、1-，i、，姒葵 =媳心心