新型穿流式搅拌桨研究 I.全混状态下的水射流实验

穿流式搅拌桨桨叶上的开孔所引起的射流对于提高搅拌效率、降低搅拌能耗起着重要的作用。采用模拟实验方法,研究了全混状态下喷孔出口流速、孔径和孔长对水射流半扩展角β和源点xp/D的影响。研究结果表明:喷孔孔径、孔长以及喷孔前流体的湍动程度对射流发展有很大影响,存在一临界喷孔长径比(H/D)0,1.31 (H/D)0 1.67。当H/D≤(H/D)0时,β随速度(或Re)增加而增大,xp/D随Re增加变化很小;当(H/D)>(H/D)0时,β随速度(或Re)增加而减小,xp/D随Re增加而减小。为了获得较好的混合效果,搅拌桨桨叶上的开孔所引起的射流应有尽量大的扩展效果,因此桨叶上开孔的长径比应小于(H/D)0。     

新型穿流式搅拌桨研究(Ⅱ)——固液体系轴对称射流的实验研究

以磷矿料浆为介质,分别测量了流体穿过单个孔板和连续穿过两个相距一定距离的相同孔板产生的轴对称射流的长度和宽度.结果表明,存在一临界雷诺数Re0,对同一物系,Re0随喷孔长径比增加而减小.当雷诺数Re小于或等于Re0时,射流长度和宽度随Re增加而增加;当Re大于Re0时,射流长度和宽度几乎不变.根据因次分析结果,采用多元线性拟合得到了射流长度和宽度与喷孔出口流速、孔径、孔长和挡板间距的经验模型.     

改进型INTER-MIG桨搅拌槽内流场的PIV实验

采用粒子图像测速技术(PIV)研究了双层改进型INTER-MIG桨搅拌槽内的流场,考察了流体粘度?、桨叶转速、底桨尺寸对流场的影响.结果表明,?962.5 m Pa·s时随粘度增大,局部涡流增多,对整体混合有利;?=962.5 m Pa·s时形成2个涡合能力差的涡流,对整体混合不利.Re=459~918时,桨叶转速增加对叶端处无因次化速度无影响,随流体远离桨叶,无因次化速度随桨叶转速增大而增大.底桨尺寸增大对无因次化径向速度影响较小,对底桨所在区域无因次化轴向速度影响较大,底桨尺寸满足桨槽直径比D/T=0.57时无因次化轴向速度最大,湍动能最大,搅拌功率随底桨尺寸增大而增大.     

不同型式搅拌桨对黄原胶水溶液搅拌效果的CFD数值模拟

使用FLUENTa软件对黄原胶溶液在搅拌槽内的流动特征、桨叶搅拌效果和功率消耗进行了数值模拟. 计算采用多重参考系方法和标准k-e湍流方程. 黄原胶浓度为0~2.0%(w),桨型为直叶圆盘涡轮、非对称抛物线圆盘涡轮和四斜叶桨. 结果表明,不同桨型下溶液的粘度分布有较大差异,且搅拌效率随溶液浓度增加急剧下降,转速增加能有限提高搅拌效率. 径流桨和轴流桨产生的功率消耗随溶液浓度改变呈相反的变化趋势. 在黄原胶浓度2.0%(w)、搅拌转速7.5 r/s时,所有桨型下有效搅拌体积所占比例均低于60%;与在水中相比,直叶圆盘涡轮的功率消耗降低约7%,而四斜叶桨的功率消耗增加29%.     

机械搅拌用于水处理中混凝过程的研究

以机械搅拌用于水处理中混凝过程为研究对象 ,在 0 .75 m× 0 .75 m× 1 m方形搅拌槽中 ,利用配制的两种污水 ,以 Al2 ( SO4 ) 3· 1 8H2 O为絮凝剂 ,采用三种不同直径的轴流式 CBY型搅拌桨 ,分别得出适用于快速混合过程及絮凝过程的机械搅拌操作参数 :( 1 )对于快速混合过程 ,搅拌桨直径增加 ,絮凝剂混匀所需输入功率增大 ;( 2 )对于三级絮凝过程 ,三级絮凝搅拌桨叶端线速度之比为3∶ 2∶ 1 ,第一级叶端线速度的适宜范围为 :1 .5～ 1 .8m/s;输入功率相同时 ,不同直径搅拌桨的絮凝效果相当 ;对于 CBY型搅拌桨 ,离底距离对絮凝效果影响不大。     

自吸射流柔性搅拌桨振动特性

为了研究工况对新型自吸射流柔性搅拌桨的影响，运用实验和单向流固耦合数值模拟分析了装置的搅拌功耗、搅拌桨应力分布和振动特性。结果表明，相同工况下柔性Rushton搅拌桨的功率准数比自吸射流柔性搅拌桨高121.93%，并随Reynolds数的提高而减小。自吸射流柔性搅拌桨在支架与桨叶连接处应力最高，在本文研究范围内最大应力低于材料的许用应力。对自吸射流柔性搅拌桨在静模态和预应力模态下的固有频率和振型进行对比分析，两种模态前8阶为弯曲型，后4阶为扭变型；与静模态相比，预应力模态下固有频率和振型最大值的最大偏差分别为0.25%和27.56%。随着搅拌桨的转速和介质运动黏度提高，搅拌桨预应力模态固有频率增大，但同阶固有频率增长比变化较小。自吸射流柔性搅拌桨搅拌效率优势明显，本研究为多种工况下搅拌桨的强度和稳定性提供基础数据。     

穿流式搅拌桨在水-磷石膏系统中的搅拌性能研究

模拟工业生产中的磷酸萃取装置中磷石膏的悬浮过程,研究了穿流式搅拌桨在水-磷石膏系统的最佳开孔率值、最佳孔径值、最佳浸润周边值,以及不同开孔率、孔径、浸润周边下功率的变化,以及粘度和转速变化对功耗的影响.得出了临界悬浮值,并在冷模实验的基础上,对穿流式搅拌桨在工业上的应用前景作了预测.     

改造聚合搅拌桨叶提高PVC质量

福建省南平市榕昌化工有限公司通过改进13.5 m3聚合釜搅拌叶,把4层45°斜桨中的2层(相间)改为平桨,并适当调整桨叶间距,从而加强了搅拌的剪切强度和两桨叶之间的搅拌作用,降低了分散剂用量,使PVC树脂颗粒粒径分布较为集中,树脂颗粒形态较为规整,表观密度较高,孔隙、孔径大小较均一,增塑剂吸收量稳定,提高了PVC树脂质量.     

双层翼型桨搅拌槽内流动特性的PIV研究

在直径0.476 m的搅拌槽内,采用粒子图像测速技术对双层三叶CBY翼型桨搅拌槽内的流场进行了研究,考察了层间距、浸没深度和离底高度等参数对流场分布的影响. 结果表明,层间距H2≤0.6T(T为搅拌槽直径)时,槽内可形成整体的轴向循环流动,H2≥0.7T时槽内将产生分区流动现象. 浸没深度对桨叶排出流区域的速度影响很小. 降低下层桨的离底高度能加强下层桨的径向流动,并增大上层桨叶轮区和循环区流体的轴向流动.     

采用大涡PIV方法研究搅拌槽内湍流动能耗散率

在槽径为0.476 m的六直叶涡轮桨搅拌槽内,采用粒子图像测速仪(PIV)对桨叶区的流场进行了实验研究,得到了桨叶区的平均流速和湍流动能(k)分布,采用大涡PIV方法对湍流动能耗散率(e)分布进行了估算,计算了e与k的相关系数. 结果表明大涡PIV方法能有效地估算e分布;桨叶区的射流向上倾斜,两尾涡分布于射流两侧,射流的倾角和两尾涡中心间距随射流向壁面运动而变化,射流倾角先增大再减小,相位角q=40o时达到最大值13.2o,两尾涡中心间距先减小再增大,q=20o时达到最小值0.0387(用槽径T无因次化);湍流动能和湍流动能耗散率峰值均位于尾涡靠近射流的区域;湍流动能和湍流动能耗散率的平均相关系数为0.363,射流核心区相关系数小于周边区域.     

半椭圆管盘式涡轮搅拌桨气-液分散特性

在直径为0.476 m的椭圆底搅拌槽中,采用半椭圆管盘式涡轮桨,研究桨径与槽径比D/T变化(分别为0.28, 0.33, 0.4及0.5)对气液两相体系中临界分散、通气功率和气含率的影响. 结果表明,对于D/T较小的搅拌桨,采用由载气到气泛测得的泛点比气泛到载气测得的泛点明显滞后,但随D/T增大泛点滞后现象消失;在相同通气量下,D/T对相对功率需求(Pg/P0)的影响不大;功率消耗相同时,低通气量时气含率随D/T增大略有增大,但高通气量时恰好相反. 研究结果及泛点、通气功率、气含率关联式对工业气液搅拌反应器设计操作具有参考价值.     

几种单层桨搅拌槽内宏观混合特性的比较

为了丰富对向心桨的混合特性的认识,比较了向心桨、Rushton桨、三斜叶桨和穿流桨的单层桨搅拌槽内的宏观混合特性,考察了搅拌转速、桨叶离底高度对搅拌槽混合时间和功率特性的影响。结果表明,四种桨的宏观混合时间均随着搅拌转速的增加而减少,搅拌功率均随转速的增加逐渐增大。当转速相同时,四种桨型中Rushton桨的功率消耗最大,三斜叶桨功率消耗最小,向心桨的功率消耗仅仅比三斜叶桨高。桨叶离底高度的变化对四种桨型的混合时间和功率的影响不尽相同。混合效率的影响因素大小顺序为：搅拌转速>桨型>桨叶离底高度。在考察的四种桨型中,向心桨的混合效率最高。研究成果可为向心桨等新型搅拌桨的工业应用积累实验数据,为其优化设计和放大提供理论依据。     

偏心射流-刚柔组合桨搅拌器内混沌混合行为研究

搅拌反应器内普遍存在混合隔离区,是实现高效混合的一大障碍。流场耦合诱发流体的混沌现象,可减少混合隔离区,提高流体混合效率。结合Matlab软件,探究偏心空气射流-单层刚柔组合桨体系的混合行为演变规律,对比分析了不同偏心率下桨叶类型、桨叶离底高度、空气射流量以及转速对流体混沌混合的影响。结果表明,刚柔组合桨通过其自身刚-柔-流的多体运动与偏心空气射流的流场耦合,破坏了流体混合过程中出现的对称性流场,使更多的流体进入混沌状态。刚-柔组合桨(RF-RDT、RF-IRDT)比刚性桨(RDT、IRDT)的LLE值大,其中RF-RDT相比于其他3种类型的搅拌桨(IRDT、RDT、RF-IRDT),其LLE值分别提高了约42.8%,27.0%、6.9%;空气射流的偏心率等于0.6时,其最大LLE值相比于其他偏心率(0.8、0.4、0.2、0),依次提高了6.5%、2.4%、17.6%、25.1%。该研究结果可为刚柔组合桨的优化设计提供理论依据。     

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。     

泛能式搅拌桨搅拌特性研究

在直径为 2 4 0mm的搅拌釜内 ,考察了泛能式搅拌桨的功率、传热特性 ,混合实验在直径为 386mm的搅拌釜中进行。在层流域内 ,建立了功率准数Np 与桨几何尺寸及雷诺准数Re的关联式 ;得到了努塞尔准数Nu与桨几何尺寸、雷诺准数Re、普朗特准数Pr以及体系粘度的关系 ,并采用单位质量流体表示的雷诺准数εD4/ν3 取代雷诺准数关联 ,误差均在 10 %以内。在中低粘度区内相同功耗下 ,泛能式桨的传热系数明显高于螺带桨。当Re >3时 ,泛能式桨的混合效率比双螺带桨要高。     

刚柔组合搅拌桨强化流体混合的流固耦合行为

传统刚性搅拌桨通过对流体的剪切作用实现能量的传递,而刚柔组合搅拌桨可通过其多体运动行为强化能量传递。基于搅拌桨桨叶与流体之间的耦合运动作用,结合ANSYS Workbench仿真平台,采用双向流固耦合方法,模拟计算了刚性搅拌桨与刚柔组合搅拌桨桨叶的等效应力和总变形量,研究了流场的宏观结构;并通过测定混合时间和计算搅拌桨功耗对比分析了两种不同搅拌体系的混合行为。结果表明:刚柔组合搅拌桨使体系的混合时间缩短了近32%,搅拌桨功耗下降了7%,其桨叶尖端的变形量是刚性搅拌桨的10⁵倍,其应力比刚性搅拌桨增加了83%;与刚性搅拌桨相比,刚柔组合搅拌桨在流固耦合作用下对流体的作用力更大,能够更好地传递能量,增强流体运动,强化流体混合。     

改进Intermig桨种分槽搅拌性能的数值模拟

利用商业CFD软件Fluent 12.0和并行计算系统图形工作站,对改进的Intermig桨种分槽内部流场进行了三维数值解析.采用Realizable κ-ω流模型和欧拉-欧拉多相流模型对槽内不同桨叶离底距离C、桨叶直径D下的氢氧化铝颗粒悬浮规律以及搅拌桨功率消耗进行了模拟.结果显示,搅拌转速一定的条件下,桨叶直径越大...     

装料系数对搅拌釜混合效果的实验研究

实验采用三叶后掠式桨叶和最新获得国家专利授权的一种具有内导流作用的搅拌桨进行比较,研究不同的装料系数下,搅拌釜混合效果情况。通过对两种搅拌桨在不同装料系数以及不同转数下的实验得到以下结论:(1)混合时间均随着装料系数的增大而增大,但随着搅拌转数的增大而减小;(2)循环次数随着装料系数的增加而减小,随着转数的增加而增大;(3)装料系数增大,搅拌桨的搅拌功增大;(4)挡板附近桨叶区粘釜量比远离桨叶区的粘釜量多;搅拌釜中的物料量对粘釜量有较大的影响,当液面高度升高时,搅拌混合效果变差,粘釜量减少。     

逆流桨强化搅拌槽内流体混沌混合及流场结构失稳研究

在传统三斜叶桨的基础上,结合逆流桨结构,提出三斜叶逆流桨,以破坏或者消除搅拌槽内稳定的对称性流场结构,提高流体传递效率及混沌混合程度。结合实验和模拟两种方法,主要研究了上推式三斜叶桨(PBTU)、外推内压式三斜叶逆流桨(PBTC-U)、外压内推式三斜叶逆流桨(PBTC-D)三种桨叶体系以及不同外层桨叶长度的PBTC-U桨体系内搅拌功耗、混合时间、混沌特性参数、流场结构以及流体速度分布。实验结果表明,N=130 r/min时,PBTC-U桨相对于PBTU桨和PBTC-D桨,体系混合时间分别从22.0、37.5 s缩短到16.5 s,功耗分别降低了5.6%和12.8%,LLE值分别提高了13.69%和37.01%。在确定PBTC-U桨适宜外层桨叶长度的研究中发现当外层桨叶长度D₂=0.375D时,搅拌功耗最低且混合时间最短。PBTC-U型逆流桨通过内外层桨叶的逆流作用,强化体系内流体的随机运动,使得流场的不稳定性得到增强,对称性被破坏,进而流场结构失稳,流体混合效率得到提高。另外,PBTC-U桨可以增强流体轴、径向速度分布的波动性,有利于提高体系的混合效率。     

湿法提钒浸出段搅拌反应器结构的优化

清洁提钒工艺中,熟料的湿法浸出是重要的操作单元.浸出搅拌反应器的合理设计与优化,可缩短浸矿时间以及提高浸矿效率.本文通过改变搅拌桨桨叶间的层间距、搅拌桨的安装层数以及安装导流筒等方法,对攀钢集团公司的浸出搅拌反应器进行优化和改进;并结合计算流体动力学(CFD)Fluent商业软件,分别模拟了原浸出搅拌反应器和改进后浸出搅拌反应器的宏观流场结构.结果表明:在层间距C₂为1100mm的原双层搅拌桨浸出搅拌反应器内,流体轴向速度较小,“死区”现象较严重;与原反应器相比,调整双层搅拌桨桨叶之间的层间距C₂为1800mm以及安装3层搅拌桨或导流筒,都可加强反应器内流体的轴向流动,减小“死区”范围,进而改善流场结构的均匀分布,有助于强化流体混合.