搅拌槽中高粘流体的速度分布

本文使用示踪粒子照相法对双螺带、框-螺带-锚、交叉桨式和MIG-锚搅拌器,测定了搅拌槽中高粘流体的流型和速度分布,用单个悬浮粒子测定了循环时问。结果表明在槽水平断面上,流体主要是切向流动,径向流动很弱,轴向循环流量系数N_q的大小显著地依赖于轴向泵送流体的叶片面积的大小。双螺带搅拌器的轴向流动速度和循环流量系数大于其它三种搅拌器。框-螺带-锚搅拌器的切向速度最大,而轴向速度很小,全槽范围的上下循环流动很弱。交叉桨叶的轴向速度在某些径向位置接近于零。本文结合速度分布讨论了高粘流体的混合机理和搅拌器结构对混合速度的影响。搅拌槽中流体的流型和速度分布信息对解析槽中流体的温度和浓度分布是非常重要的。一只高混合效率搅拌器,应该具有较强的剪切性能和良好的轴向循环性能。以往有关搅拌槽中流体力学的研究绝大多数是针对搅拌功率消耗、混合和循环时间,而流型和速度分布的研究只有少量报道。本文研究了四种搅拌器的流型和速度分布,结合早先的研究结果,评价了它们的剪切、混合和循环性能以及搅拌器结构的合理性,并为化工生产中选择和改进搅拌器提供依据。     

涡轮式与推进式搅拌釜的数值模拟研究

采用CFD技术对涡轮式和推进式搅拌釜进行了数值模拟。结果表明:当转速为100r/min时,涡轮式搅拌釜桨叶区域流体的最高速度为3.10m/s,推进式的最高速度为2.36m/s,但推进式搅拌釜釜内流体的平均速度高于涡轮式的;在循环流区域,推进式搅拌釜釜内的湍动能数值范围为0.042 9~0.856 0m~2/s~2,涡轮式的为0.017 6~0.035 2m~2/s~2,推进式桨叶的流体排出性能更强;推进式搅拌釜釜顶、釜中和釜底处的混合时间比涡轮式分别缩短了34%、39%、54%,提高了混合效率。     

多叶片组合式搅拌桨釜内流动特性和混合性能研究

开发可适用于较宽黏度范围的搅拌桨,强化釜内的流体流动和混合过程对于搅拌釜的节能增效具有重要的意义。实验与数值模拟相结合,在大涡模拟层面研究了多叶片组合式搅拌桨（MBC桨）从层流到湍流状态下,釜内的功率特性、流场分布、湍流特性和混合性能。结果表明：预测的功率曲线与实验结果一致;层流状态下釜内以切向流动为主,随着Reynolds数（Re）的增大,釜内轴向和径向流动逐渐增强,当Re达到486时,速度场分布与湍流状态下基本一致;在相同的能耗水平下,MBC桨对高黏度流体的混合性能优于商业Maxblend桨。桨叶的分散组合布置,强化了釜内的轴向和径向流动,使得MBC搅拌桨在从过渡流到湍流状态下均可实现较大的轴径向流动,湍动能分布较为均匀,混合过程显著加快。     

搅拌反应器气液两相流混合过程的涡旋效应数值模拟

为研究气液两相搅拌釜桨叶对釜内流动结构及气液混合性能的影响,本文以直叶片和推进叶片为研究对象,采用ICEM软件对搅拌釜流场进行六面体结构网格划分,基于SST-DDES湍流模型及欧拉-欧拉多相流模型对搅拌釜内部流场进行三维非定常计算,获得两种桨叶下搅拌釜内部涡结构及其演化过程,并分析搅拌釜内瞬态气相分布和瞬时流场的分布规律。研究结果表明：由于叶片旋转而产生的涡有撕裂、合并、衰减和耗散的演化过程;直叶片相较于推进叶片,其涡耗散速度较快,涡产生到消失的周期较短;由于叶片结构不同,主流的运动方向也随之改变,直叶片沿径向分布,推进叶片沿轴向分布。前者在釜内形成上下两层循环区,不利于气相扩散。后者在釜内形成一个大循环区,加剧釜内流动循环,造成后者的气相扩散能力大于前者。比较两者T_0.95分布,推进叶片要小于直叶片,推进叶片搅拌釜T_0.95近似为直叶片搅拌釜T_0.95的50%。     

无挡板CSTR内部流场及颗粒分布的CFD模拟研究

为探究无挡板连续搅拌式反应釜（CSTR）内部流场分布及颗粒运动情况,采用计算流体力学（CFD）,在欧拉-拉格朗日模型的基础上对三种搅拌釜工况进行了研究分析。同时,探讨了粒径为100,300和500μm的颗粒在各个工况下的混合情况。研究表明：在时间为0～100 s时,初始搅拌釜内颗粒的平均速度相较于初始时增加了39.22%,达到了1.479 7 m/s,搅拌釜内的流场平均速度为1.737 2 m/s,颗粒的平均速度与流场速度呈现相近的趋势;搅拌桨位于罐内中间位置时,颗粒分布最为均匀;采用双层搅拌桨时,颗粒速度得到了显著的提升,最大颗粒速度可达到4.238 3 m/s。     

改进CBY桨搅拌釜内单相流体流动与传热特性研究

使用计算流体力学软件FLUENT(V6.3)对自行设计的开槽式翼型搅拌桨—CBY-H桨搅拌釜内单相体系的流动性能进行了数值研究,采用多重参考系法(MRF)和RNG k-ε湍流模型模拟搅拌釜内液体的流动情况,并将研究结果与标准的CBY桨的轴流特性进行了对比。结果表明,CBY-H桨可提高流体轴流循环性能,在桨叶下方和桨叶区流体的轴向速度比CBY桨大,高速运动的流体区域覆盖范围更广,釜内速度分布更均匀。同时CBY-H桨消耗的功率低于CBY桨,节能18.4%。论文还进行了传热实验研究,发现CBY-H桨的釜内对流传热系数略大于CBY桨,获得了传热系数Nu的关联式。     

新型挡板对搅拌特性的影响研究

本文提出了一种中间断开并错开一定距离、倾斜15°的新型挡板,运用计算流体力数值模拟软件Fluent,分别对常规挡板和新型挡板搅拌釜在相同条件下的液-固搅拌过程进行了数值模拟。结果表明,新型挡板不仅可以提升搅拌釜中固体颗粒分布的均匀度、流体流动的湍动程度和桨叶上下两个循环速度,从而提高搅拌的混合效果,而且可以降低搅拌釜的搅拌功率,是一种性能优良的挡板。     

三叶后掠-HEDT组合桨搅拌釜内流场的模拟及实验

对应用于聚乙烯聚合反应中的三叶后掠-HEDT组合桨的搅拌釜内流场进行了模拟研究,分析组合桨的离底距C ₁、桨间距C ₂以及转速N的变化对搅拌釜内流场的影响,利用PIV实验对模拟结果进行了验证;将该组合桨与三叶后掠-六直叶圆盘涡轮组合桨进行了模拟对比研究。结果表明：当桨间距与釜内径的比为0.35时,釜内桨叶间的流体流动效果最好,该条件下能够改善搅拌釜上层流体的速度分布;当离底距与釜内径的比值为0.29时,组合桨下方出现了整体的环流,有利于釜底流体的混合;桨叶转速N=90 r/min时釜内流体速度分布均匀,同时上层HEDT桨叶产生的射流方向趋于水平。两种组合桨的对比研究表明：二者流型相近,但前者搅拌功率能够得到明显降低。研究结果可为三叶后掠-HEDT组合桨在聚乙烯聚合反应釜中的工程应用提供参考。     

带稳定翼四斜叶-Rushton组合桨搅拌釜内传热性能

基于计算流体力学（CFD）模拟与传热实验相结合的方法，对带稳定翼四斜叶-Rushton组合桨在内加热盘管搅拌釜的传热性能进行研究，获得搅拌釜内的流场分布、温度分布、温度边界层和盘管外侧的努塞尔数。研究表明，实验与数值模拟的温度误差在4K以内。搅拌釜内高温区位于盘管处循环大涡流区，釜内最大温差保持在3K以内。稳定翼可提高流体轴向循环性能，能够使搅拌釜内温度分布更加均匀。内盘管外侧XZ平面和YZ平面的平均温度边界层厚度分别为3.01mm和2.70mm。通过实验与数值模拟方法得到不同因素对内盘管外侧努塞尔数的影响，其顺序为：搅拌介质黏度>搅拌转速>桨叶间距>离底距离，实验与模拟的努塞尔数最大误差为14.56%，最小误差为4.23%，实验结果很好地验证了数值模拟的可行性。研究结果可为带稳定翼四斜叶-Rushton组合桨应用于实际工业中提供参考。     

三叶后掠-HEDT组合桨搅拌釜内流场的模拟及实验

对应用于聚乙烯聚合反应中的三叶后掠-HEDT组合桨的搅拌釜内流场进行了模拟研究,分析组合桨的离底距C_1、桨间距C_2以及转速N的变化对搅拌釜内流场的影响,利用PIV实验对模拟结果进行了验证;将该组合桨与三叶后掠-六直叶圆盘涡轮组合桨进行了模拟对比研究。结果表明:当桨间距与釜内径的比为0.35时,釜内桨叶间的流体流动效果最好,该条件下能够改善搅拌釜上层流体的速度分布;当离底距与釜内径的比值为0.29时,组合桨下方出现了整体的环流,有利于釜底流体的混合;桨叶转速N=90 r/min时釜内流体速度分布均匀,同时上层HEDT桨叶产生的射流方向趋于水平。两种组合桨的对比研究表明:二者流型相近,但前者搅拌功率能够得到明显降低。研究结果可为三叶后掠-HEDT组合桨在聚乙烯聚合反应釜中的工程应用提供参考。     

流动模型方法及其在化工中的应用

(续上一讲)例2:在例1所示管式反应器中等温进行某一级反应,已知反应速率常数ｋ=021/Ｓ、反应空时τ=10Ｓ、实际反应出口转化率为0784。①若不考虑流体返混(即按平推流模型)计算,其反应出口转化率为多少?②若考虑流体返混,分别按多釜串联、轴向扩散、单平推流循环和等空时双平推循环模型计算,其反应出口转化率各为多少?③若按流体返混达到最大的全混流模型计算,其反应出口转化率又为多少?解:①不考虑流体返混(平推流模型)　Ｘ=1-ｅ-ｋτ=1-ｅ-02×10=0865②考虑流体返混(ａ)多釜串联模型先由流体返混无因次方差σ2求出多釜串联模型参数ＮＮ=1…     

底入式搅拌器流场的影响因素研究

通过对硫铵结晶底入式搅拌器流场的CFD数值模拟,分析了搅拌转速、搅拌桨半径对高效轴流式搅拌器流场的影响。研究表明,搅拌转速对搅拌釜内流场的分布形式影响较小,随着转速的增加,流量和功率随之增加,近似呈线性规律分布,搅拌器内流体具有较好的循环性能;随着搅拌半径的增大,搅拌器内速度分布逐渐均匀,搅拌桨对流体的剪切性能较好。     

搅拌釜中泵送能力系数的研究

简要分析了圆盘涡轮搅拌釜中泵送能力系数的研究情况及存在的问题。通过激光多谱勒测速仪对搅拌釜内三维速度的测量。定义了三维意义上的总体泵送能力系数，并提出了由切向速度定义的切向泵送能力系数的概念。总体泵送能力系数较初始泵送能力系数和循环充量更能真实反映搅拌釜内的流动。叶安装刘度为搅拌釜直径的１／３时，轴向或径向总体泵送能力系数约为１．９；叶轮安装高度为搅拌釜直径的１／２时，轴向戏向总体泵送能力系数的为     

基于CFD的丙烯淤浆聚合反应釜流场的数值模拟

基于计算流体力学(CFD)对丙烯淤浆聚合反应釜中液固两相流进行数值模拟,建立5L、无挡板、锥形釜底和四叶推进桨反应釜模型,采用多重参考系方法(MRF)、Mixture多相流模型和RNGk-?湍流模型模拟搅拌过程,通过冷模实验验证了模型的可靠性,并模拟得到了10%聚丙烯(体积分数)下釜内流体的速度场及浓度场。结果表明,釜内流体呈双循环流特征,聚丙烯浓度轴向呈中间低两头高的分布,径向随着轴向位置的上升分别呈"下凸"型、"直线"型、"W"型分布。在桨叶安装高度为0.56D(D为筒体部分直径)、桨叶直径为0.49D的情况下,搅拌转速在1200r/min左右时,混合效果最好;在转速为1000r/min时,桨叶安装高度为0.56D的情况下,桨叶直径在0.52D时,混合效果最好;适当降低釜内桨叶安装高度,可以在一定程度上改善釜底聚丙烯的堆积。     

改进型框式组合桨搅拌釜内流场特性

对5m³树脂反应釜及釜内改进型框式-二斜叶双层组合桨等比例缩小建立模型,基于计算流体力学（CFD）中的多重参考系法对该双层组合桨搅拌釜流场进行了模拟研究,并利用粒子图像测速（PIV）实验对模拟结果进行了验证。分析了桨叶离底间距、桨间距及组合桨安装角度的变化对流场产生的影响。随着离底间距的增大,搅拌釜下层框式桨横梁处产生往槽底的轴向流强度会逐渐减弱,不利于底部物料的混合;桨间距的增加导致两桨间对流减弱,不利于两桨间流体的混合,当桨间距与釜内径的比值为0.77时,搅拌釜内的整体流动情况较好。对上下层桨叶安装角度分别为0°、45°和90°这3种工况下的釜内流场特性研究表明,安装角度为90°时,斜叶桨产生的轴向流强度最大,此时搅拌釜内流体的混合效果最好。研究结果为改进型框式桨与二斜叶桨双层组合桨应用于树脂聚合反应实际工程提供参考。     

双层双折叶三斜叶圆盘涡轮桨釜内流场特性研究

通过计算流体力学(CFD)对双层双折叶三斜叶圆盘涡轮桨搅拌釜内的流场特性进行了模拟研究,分析了组合桨的转速N、离底距离C1及桨间距C2的变化对釜内流场的影响,利用粒子图像测速（PIV）技术对模拟结果进行了验证。研究结果表明：当转速N=100 rpm时,壁面附近的低速区域几乎消失,釜内流体整体速度得到提升及流场速度分布较好。离底距的增大会导致釜内流场的高速区上移,当离底距C1=0.28h时,近液面区域流体流速改善较明显,釜内流场速度分布较为合理。桨间距的提升能改变上下桨叶的配合效果,当桨间距C2=0.25h时釜内混合效果最佳,近液面区域流体流速明显提高,釜内流体整体流速较高。研究结果可为双折叶三斜叶圆盘涡轮桨在实际工程应用中提供参考。     

三叶后掠式搅拌器

前言三叶后掠式搅拌器,亦称法武都拉型或法多拉型(PFAUDLER)搅拌器,是目前合成塑料等高分子化学工业中大型聚合釜所采用的较好的一种搅拌器,近几年来也开始在国内的一些大釜上采用。该搅拌器的容积循环速率和剪切作用(配合折流板)都较大,并能适应在聚合过程的操作中粘度升高,能以其一层代替多层其它型式的搅拌器。当釜(槽)的搅拌装置采用底伸式结构时,可大大缩短搅拌轴长,使大型釜的搅拌装置的结构更经济合理。它的主要欠缺是功率消耗偏高。基本参数D_J/D_O=0.5～0.67;D_J/b=6～10;b/h=0.4;b/a=2,可用2.5;r=0.325～0.335D_J(叶片中心线通过搅拌轴中心);     

卧式双轴搅拌釜内流场分析及釜残回收研究

采用SolidWorks软件建立卧式双轴搅拌釜三维模型,应用FLUENT软件进行数值模拟。针对高黏度流体,分析了卧式双轴搅拌釜沿Y轴方向截面上的流场特性。计算结果表明:该卧式双轴搅拌釜中高黏度流体具有较好的流场分布,搅拌效果良好;在导热油为加热介质的实验装置上分别进行了高黏度二价酸酯混合物(MDBE)蒸馏釜残和甲苯二异氰酸酯(TDI)蒸馏釜残中产品的回收实验。实验结果证明将该釜作为蒸馏塔釜残的深度蒸馏再沸器,产品回收率高达99%以上,可以大幅度减少化工固体废物排放。     

搅拌槽中粘弹性流体的流速分布

用照相法测定了搅拌槽中粘弹性流体在框-螺带-锚、椭圆板-锚和MIG-锚等三种细合桨叶下的流型和流速分布。结果表明,在槽的水平断面内,流体主要作切向流动。与牛顿流体相比,粘弹性流体的切向速度较大,而轴向速度较小。对于椭圆板-锚和MIG-锚两种桨叶,与牛顿流体相比,粘弹性流体的循环流量分别降低了33％和50％。三种桨叶中,框-螺带-锚桨叶的切向速度和槽壁处的剪切变形最大,轴向循环最差,而椭圆板-锚桨叶的轴向循环优于其余两者。     

假塑性流体在双螺带桨搅拌釜内停留时间分布

采用电导率法研究了羧甲基纤维素水溶液假塑性流体在双螺带搅拌釜内的停留时间分布(RTD)情况,考察了物料黏度、流量、搅拌转速和转向对停留时间分布的影响.发现假塑性流体在釜内的停留时间分布类似于全混釜,但有一定的拖尾现象.物料黏度对平均停留时间和当量全混釜数影响不大;随着流量增大,平均停留时间减小,而当量全混釜数基本不变;...