颗粒尺寸对聚合釜内固-液两相流的影响

利用计算流体动力学方法对组合式搅拌器作用下聚合釜内固-液两相流的流场进行数值模拟。分析了不同固相颗粒粒径对液相速度分布、固相颗粒体积分数分布及搅拌功率的影响。数值模拟结果表明,颗粒粒径的变化对液相速度的影响较小,对釜内固相颗粒分布影响较大;颗粒粒径越大,聚合釜釜底固相颗粒沉积越明显,但颗粒体积分数增大会导致聚合釜釜内固相颗粒的分散更为均匀,颗粒粒径的改变对搅拌功率的影响不显著。研究结果可为聚合釜内固-液两相流的工程应用提供理论依据。     

指状挡板对轴流式搅拌釜内固液悬浮影响的数值模拟

采用数值模拟的方法研究对比了轴流式搪玻璃搅拌釜内两种不同挡板(法兰挡板和指状挡板)下的固液悬浮特性。模拟结果表明,指状挡板增强釜底的流体流动,是更有利于固液悬浮的挡板形式,且其指状部分有引导流体流动的作用,使流场流动更加"紊乱",强化了流场混合效果。固含量较高时,指状挡板的强化流场作用更加明显;固含量较低时,固体颗粒的密度对固液悬浮和流场混合的影响较大。随着颗粒密度的增大,安装常规的搅拌釜釜底固相沉积体积分数增大,安装指状挡板的搅拌釜的混合时间延长。     

双层侧进式搅拌槽内流场特性数值模拟

采用计算流体动力学方法对烟气脱硫过程中吸收塔浆液池的流场特性进行了数值模拟研究,分析了相同转速下双层侧进式搅拌器安装水平偏角θ、竖直偏角φ、离底高度C_1和层间距C_2对搅拌槽内流场的影响。模拟结果表明,安装双层侧进式搅拌器能够增强流体的上下流动,在θ=5°、φ=10°、C_1=0.13 m和C_2=0.5 m时搅拌槽内流场分布相对较好。模拟计算出的搅拌器功率准数N_p与理论公式计算值相比最大误差为3.1%,验证了数值模拟方法的准确性。研究结果可为该类搅拌槽的设计和优化提供参考。     

双层改进型Inter-Mig桨对带内盘管搅拌釜内流场性能影响

在内径D=500 mm的带内盘管搅拌釜内,对装备双层改进型Inter-Mig桨的搅拌釜内流场进行了研究。通过实验对比不同转速下的搅拌轴功率,得到功率准数N_p与雷诺数Re的关系,确定可以将搅拌轴扭矩作为数值模拟的收敛判据来验证模拟值的可靠性。通过数值模拟考察不同桨叶间距和离底高度对带内盘管搅拌釜内流场速度及湍动分布的影响。实验及数值模拟结果表明,搅拌轴扭矩可以作为验证双层改进型Inter-Mig桨数值模拟的收敛判据,使用内盘管可以降低湍流临界点的雷诺数,内盘管的设置对下层浆叶离底高度的影响不明显,而对浆叶层间距的影响显著,起到了导流的作用。     

单层桨气液搅拌釜的气液分散特性

在计算流体力学数值模拟的基础上,对单层桨气液搅拌釜的气液分散特性进行研究。考察进气方式、介质黏度和单位体积功耗对气含率及功耗性能的影响。实验结果表明,气含率随介质黏度的增大而减小;在相同的单位体积功耗时,自吸分散的气含率高于表面充气分散的气含率;与表面充气分散相比,自吸分散的单位体积功耗和功率准数均低;与标准搅拌釜相比,单层桨气液搅拌釜的气含率分布均匀,气液分散效果更好,单位体积功耗低,达到相同分散效果时的搅拌转速低。     

费托合成搅拌釜气含率的冷模实验与CFD模拟

为解决费托合成实验室气-液搅拌釜相分散的问题,冷模实验以轻柴油-空气为工作介质模拟费托合成工况。采用化学刻蚀法制备的光纤探针,考察不同表观气速、搅拌转速及气体分布器结构的搅拌釜内气含率分布。同时,采用双流体模型和标准k-ε湍流模型,对搅拌釜流场进行数值模拟。结果表明:局部气含率随表观气速增大而增大、随搅拌转速增大而增大;改进入口气体分布器对气体均匀分布的作用明显;改变釜体结构可以有效地改善釜底物相分散。     

四斜叶穿流式搅拌器固液悬浮特性数值模拟

利用CFD FLUENT6．3软件,在直径为0．1m搅拌槽内对四斜叶穿流式搅拌器的固液悬浮特性进行研究。选用固相体积分数为15％、粒径250μm的玻璃球一水作为固液两相体系,计算域用四面体网格离散,采用标准k-ε及滑移网格法模拟液相流动,利用欧拉多相流模型模拟悬浮过程,分析了开孔孔径和开孔率对速度场、湍动能及搅拌功耗的影响。结果表明,在适宜的开孔孔径和开孔率范围内,穿流式搅拌器能够提高流体的湍动能及其耗散率,从而降低固液体系的临界悬浮转速。由于减少了桨叶在旋转方向上的投影面积,因此还可降低搅拌功耗。以开孔率12．4％、开孔直径d=1．3mm较为适宜。     

基于FLUENT搅拌釜底部回流区的数值模拟研究

针对搅拌釜底部的回流区内液体流速较低,容易造成物料堆积,不宜进行物料混合的问题,采用稳态数值模拟方法研究了该回流区的内部流场与形状结构,据此设计1个诱导锥,对比分析了在搅拌釜底部回流区安装诱导锥前、后的混合效果与流场。模拟结果表明:随着搅拌的进行,搅拌釜底部物料聚集越来越多直至达到一稳定值,该稳定值明显高于混合均匀时碳酸钙颗粒体积分数的理论值,使物料在釜内难以均匀分布;在搅拌釜底部加入诱导锥能够明显加快釜内物料的混合,缩短混合时间;诱导锥能减小回流区,增大釜内主流循环区域与主流循环液体的轴向流速和湍流强度,从而增强混合效果。     

侧进式搅拌器三维流场的数值模拟

现有的侧进式搅拌器设计大都依赖运行经验的积累,精度较差。为此,采用流体力学软件Fluent对具有4台侧进式搅拌器的搅拌槽内流场进行了三维模拟,计算了不同雷诺数下此类搅拌器的功率准数,并得到了功率曲线。采用有限体积法对计算域离散化,在每个网格单元内求解质量守恒方程和动量守恒方程。模拟结果表明,侧近式搅拌器的功率准数在不同的流动区域随雷诺数Re改变而变化的趋势不同,在湍流区NP值保持在0.54左右,在过渡流区域,采用层流与湍流2种方法计算的结果相差不大;搅拌槽内流体流速仅在槽下4个桨叶区附近较大,槽体中部与上部流体流速均较小;流速值小于0.4m/s的区域体积约占槽体总体积的80%。     

改进型框式组合桨内盘管搅拌釜内流场数值模拟

通过计算流体动力学软件对改进型框式组合桨在带内盘管搅拌釜内的流场进行了数值模拟，研究了在不同转速N、离底距C₁下釜内的流场。研究结果表明，随着转速的增加，桨叶对内盘管的冲刷作用增强，内盘管附近的低速区会逐渐减小，促进了内盘管附近流体的混合；在C₁=125 mm时，内盘管向下的导流作用明显，增加了搅拌釜底部壁面速度，有利于搅拌釜底部壁面附近流体的混合。将模拟得出的搅拌桨功率准数N_p与实验结果进行对比，验证了数值模拟方法的准确性。研究结果可为类似改进型框式组合桨在带内盘管搅拌釜的结构优化提供参考。     

压裂混砂搅拌装置关键结构分析与流场模拟

混砂搅拌装置性能对压裂技术的实施起着关键性作用。针对混砂搅拌的特点及对压裂混合液的质量要求,确定了压裂混砂设备关键部件中搅拌叶轮和混砂罐的结构设计方法。利用Fluent软件完成了对搅拌罐内部流场的分析,得到了固相体积分数为0.6的混合液在2 s内的压力与密度分布云图,并针对不同固相体积分数对搅拌效果的影响,对搅拌罐搅拌20 s后的内部密度流场进行了数值模拟。分析结果表明,罐内形成了上、下2个流场循环,在交汇处形成了低压区;数值分析计算处罐中混合密度与理论分析结果比较接近;固相体积分数为0.6的混合液搅拌罐底部密度大部分区域较理论值偏小,固相体积分数为0.4和0.2的混合液搅拌罐底部较大部分区域的密度与理论值偏大。结构分析以及数值模拟验证为混砂搅拌装置的设计提供了理论依据。     

基于Fluent的圆盘涡轮搅拌器搅拌釜内流场测试及数值模拟

基于搅拌实验与数值模拟相结合的方法,分析了圆盘涡轮搅拌器搅拌流场的特征和和变化规律,分别计算了两种方法不同搅拌工况下搅拌扭矩及搅拌功率的大小,确定了两种方法的误差范围。结果表明:利用数值模拟方法得到的搅拌扭矩值与实验值有着很好的跟随性,两种方法的误差在允许范围内。通过数值模拟可清晰地表达搅拌釜内的流场分布和变化情况,其结果可为进行其它类型搅拌器的研究奠定基础。     

拟薄水铝石工业生产中搅拌反应釜放大研究

针对工业生产装置扩能时，搅拌反应釜放大效应影响产品性质的问题，采用计算流体力学(CFD)软件Fluent对NaAlO₂-Al₂(SO₄)₃法生产拟薄水铝石实验室小型反应釜、工业一倍体积反应釜和二倍体积反应釜3种规模的反应釜进行数值模拟。在实验室小型反应釜上考察了物料流变性、宏观混合时间和反应釜高径比的影响，结合试验结果和反应机理分析发现，为获得大孔体积的拟薄水铝石产品，反应釜中流型需保证加料处的快速混合，并保证加料处的高过饱和度以及釜下部的较低过饱和度。模拟计算结果表明，工业一倍体积反应釜内没有形成加料处强混合和釜下部的局部快速循环，二倍体积反应釜内形成了加料处强混合和釜下部的局部快速循环。工业生产结果表明，二倍体积反应釜所得产品的孔体积优于一倍体积反应釜。进而，在进行四倍体积反应釜的放大时，以二倍体积反应釜的流场特征为基础，通过数值模拟方法对四倍体积反应釜的高径比、搅拌器形状和大小、釜体结构以及挡板安装方式等参数进行优化，计算出四倍体积反应釜及其内构件的尺寸，并据此设计制造了四倍体积反应釜，并在中...     

固液圆盘泵固相体积分数分布数值模拟

为研究固液圆盘泵内固相体积分数的分布规律,应用Fluent对模型泵内部的固液两相湍流进行数值模拟。比较了不同颗粒体积分数及不同颗粒直径对固相体积分数分布规律以及泵的扬程和效率的影响。结果表明,叶片工作面附近的颗粒体积分数大于吸力面的体积分数,叶轮入口的颗粒体积分数大于出口处的体积分数,在叶轮出口处,颗粒更易于集中在叶片工作面附近,在有叶片区域内,颗粒体积分数最高处在叶轮出口叶片工作面靠近无叶区附近。压水室流道内,颗粒主要集中于与叶轮无叶区相对应的流道区域内,且越靠近压水室流道壁颗粒体积分数越高。     

物系性质对搅拌釜内液—液分散系液滴大小及其分布的影响

本文研究物系性质对搅拌釜内液-液分散系性质的影响.重点考察了较高粘性分散相的液漓大小及分布规律。实验揭示了分散相粘性和相界面张力对于平均液滴直径有交联作用,即不同水平的相界面张力之下,对于不同的分散相粘性的液滴,相界面张力对于平均液滴直径d_(32)影响不同.以此为基础,解释了不同文献所报道的实验结果差异的原因.同时作者还推荐了一个经验性关联式:(?)具有粘性分散相的液-液分散体系中的反应,在聚合反应过程中占据重要的地位.作为最终产品的聚合物颗粒大小及其分布往往受到聚合过程中液滴大小及分布状态所控制.     

水平弯曲管道中固液多相流分相体积含率数值模拟

弯曲管道中固液多相流各相体积的分布特征对油和水的流动特性提供重要的参数,为原油输送和生产剖面测井设计奠定基础。为模拟固液多相流各相体积分布特征,基于边界条件和多相流理论,通过建立三维固液多相流模型模拟,进行瞬态数值模拟最终得到各相体积分布图。模拟结果表明,各相体积分布主要受流速的影响,随着主流速度的增大,水相和油相体积分布呈相反的变化,而与颗粒相体积分数数值大小关系较小。     

模拟井下温度压力条件的水泥浆沉降稳定性研究

工程技术研究院固井工程所设计出一种新型的水泥浆沉降稳定性测试装置。该装置能与API水泥高温高压养护釜配套使用．能模拟实际井下高温高压条件；它采用多筒组合式．测试结果具有可比性、可靠性和可重复性。此外该装置还具有以下特点最大限度地利用养护釜空间，置放平稳．不会倾覆；结合部位由单面结合改造成三面结合，消除了漏浆；装置基座扩大并和双筒结合．提高了基底稳定性，上盖有排浆孔．下底有隔膜板．易于脱模；测试采用三次搅拌法，使用筒内搅拌器．水泥浆密度均匀；采用浸蜡技术，避免水进入水泥石孔隙中．水泥石体积真实，同时试验校正了浸蜡造成的体积误差；密度测试精度为0．001g／cm     

纵向涡发生器排数对三维喷动床内气-固两相流动影响数值模拟

为了研究纵向涡流对柱锥体喷动床内颗粒横向混合规律的影响,采用双流体模型对带纵向涡发生器喷动床内的气 固两相流动规律进行了数值模拟,分析了纵向涡流效应及纵向涡发生器排数(1~3排)对喷动床内颗粒相运动规律的影响。结果表明,纵向涡流能够有效地增加喷动床内近环隙区域颗粒的体积分数,使得颗粒沿径向分布更加均匀。其中2排纵向涡发生器能够使喷动床内整体颗粒体积分数沿径向分布实现最均匀状态。纵向涡流能够有效增加喷动床内颗粒的径向速度,强化气体、颗粒的横向混合,进而有效地降低了颗粒拟温度。     

负压气力输送系统弯管内流场数值模拟与设计优化

在负压气力输送系统长期使用中,会因为弯管磨损而产生漏料。采用有限元分析软件ANSYS ICEM,对弯曲半径R与管道内径D的比值分别为2、 3、 4、 5的弯管内气固两相流动情况进行数值模拟,揭示不同R/D下,气固两相的体积分数、速度、受压区域壁面切应力及颗粒拟温度等流场分布信息,分析弯管形状参数对磨损的影响。数值模拟结果表明,R/D=4的弯管设计结构合理,弯管内固相体积分数、粉体速度最大值、受压区域切应力最大值均最小,粉体的脉动强度最低,有利于减缓弯管磨损。依据数值模拟分析结果,结合生产实际提出了减缓弯管磨损、延长弯管使用寿命的设计优化方法。     

群体平衡模型在气液搅拌数值模拟的研究进展

气液搅拌反应釜在过程工业中应用广泛,在气液的分散和混合过程中,准确模拟预测离散相系统中气泡大小与分布在流体力学和传质中起着关键性作用。群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)是描述两相以及多相流体系中分散相的尺寸大小及分布程度随时间和空间变化的通用方程模型,可以较准确的预测釜内流场和气泡的大小与分布。对群体平衡模型在气液搅拌数值模拟中的应用进行了综述,讨论了PBM的数学模型和主要的数值求解方法,然后着重介绍了近年来采用PBM对气液搅拌数值模拟的情况,进行了总结和展望。