4WS转子密炼机聚合物混沌混合的拉格朗日拟序-高校化学工程学报.PDFVIP

第30 卷第6 期 高 校 化 学 工 程 学 报 No.6 Vol.30 2016 年12 月 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities Dec. 2016 文章编号：1003-9015(2016)06-1274-10 4WS 转子密炼机聚合物混沌混合的拉格朗日拟序结构分析 高 鹤, 朱向哲, 佟 莹, 何延东 (辽宁石油化工大学 机械工程学院, 辽宁 抚顺 113001) 摘 要：采用拉格朗日拟序结构的分析方法，对标准四棱 4WS 转子密炼机聚合物混沌混合进行研究。利用网格叠加技 术(MST)，计算了密炼机二维流场的速度场分布。在此基础上，利用基于拉格朗日体系的有限时间Lyapunov 指数(FTLE)、 拉格朗日拟序结构(LCS)，结合 Poincaré 映射和粒子可视化技术，分析了 4WS 转子密炼机二维流场的混沌混合特性； 讨论了转子几何结构对 FTLE 和 LCS 分布的影响以及密炼机二维流场潜在的动力学和几何特性。结果表明，由于物质 线的封闭状态，导致了密炼机近转子区流体输运受到了阻碍，因此，增强近转子区与远转子区的物质交换是进行转子 优化的重要环节。由于 4WS 转子棱边独特的凹槽结构，在近转子区易产生马蹄形结构，在流域中形成同宿穿插结构， 增强了近转子区和远转子区之间的物质交换，强化了密炼机流场的混沌混合。 关键词：密炼机；混沌混合；有限时间 Lyapunov 指数；拉格朗日拟序结构 中图分类号：TQ 320. 5 文献标识码：A DOI ：10.3969/j.issn.1003-9015.2016.06.006 Lagrangian Coherent Structure Analysis of Chaotic Mixing in an Internal Batch Mixer with 4WS Rotors GAO He, ZHU Xiang-zhe, TONG Ying, HE Yan-dong (School of Mechanical Engineering, Liaoning Shihua University, Fushun 113001, China) Abstract: Mixing mechanism in a 4WS batch internal mixer was studied with Lagrangian coherent structure (LCS) analysis. Two-dimensional velocity distributions in the mixer were calculated with mesh superposition technique (MST). Moreover, the characteristics of chaotic mixing in the mixer were analyzed based on finite-time Lyapunov exponent (FTLE), LCS, Poincaré map and particle visualization technology. The effects of rotor geometry on FTLE and LCS distributions were discussed. Furthermore, potential dynamics and geometrical features in the mixer were given. The results show that fluid transportation is hindered by the closed mate