理论教育 混合时间与能耗对搅拌反应器的影响及最大Lyapunov指数测量方法

混合时间与能耗对搅拌反应器的影响及最大Lyapunov指数测量方法

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:当搅拌反应器中流体的黏度相同时,只需要研究混合时间与单位体积功耗两个变量。在搅拌反应器内加入一定量的示踪剂,测量其浓度变化情况,直到稳定或者不变。最大Lyapunov 指数本实验根据采集的扭矩时间序列,采用Wolf 法求解获得最大Lyapunov 指数。该计算方法有着结果准确且不易受拓扑复杂性影响的优点。③取上一步计算结果中的一段平滑曲线,采用最小二乘法进行线性拟合,则拟合曲线的斜率即为最大Lyapunov 指数。

混合时间与能耗对搅拌反应器的影响及最大Lyapunov指数测量方法

(1)混合效率

混合效率数是判定流体混合效率的重要参数。当混合时间(θm)和黏度(μ)为一定值时,混合效率数(Ce)表示搅拌反应器所需要的单位体积功耗。Ce 的值越大,流体混合效率越低。计算公式为

式中,Pv 为单位体积功耗,且满足

式中,M 为扭矩,N·m;N 为转速,r/min;V 为有效容积,m3

当搅拌反应器中流体的黏度相同时,只需要研究混合时间与单位体积功耗两个变量

(2)混合时间

目前,主要从宏观和微观两个方面来判定流体的混合性能。宏观方面,混合时间常被用来判断是否达到工艺要求和流体混合性能的优劣。在微观方面,在分子尺度上达到的均匀所需的时间为混合时间,由于这种尺度上的测量技术难以实现,因此研究者只能借助颜色变化、电位变化、浓度变化等来表征混合过程。通常两种或多种物质从开始接触到各点的浓度相等,所经历的时间称为混合时间。在搅拌反应器内加入一定量的示踪剂,测量其浓度变化情况,直到稳定或者不变。值得注意的是,溶液浓度的测定存在一定程度的误差,通常采用示踪剂浓度达到95%左右所经历的时间为混合时间。(www.daowen.com)

目前,电导率法、脱色法以及温差法常被用来测定流体的混合时间。本书采用酸-碱中和脱色法。其工作原理是酸碱反应的同时伴随着明显的颜色变化。在实验过程中,加入硫酸溶液的同时进行录像,确定相应的流体混合时间。该测量方法简单、易操作,但整个过程需要进行录像,要求搅拌槽必须是透明的。

(3)最大Lyapunov 指数(LLE)

本实验根据采集的扭矩时间序列,采用Wolf 法求解获得最大Lyapunov 指数。该计算方法有着结果准确且不易受拓扑复杂性影响的优点。具体计算步骤如下:

①将扭矩时间序列转化为Excel 格式,导入Matlab 软件进行消噪。

②计算关联维d,根据m≥2d+1 相继确定嵌入维数m 和延迟时间间隔数τ。

③取上一步计算结果中的一段平滑曲线,采用最小二乘法进行线性拟合,则拟合曲线的斜率即为最大Lyapunov 指数。

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