平直叶桨搅拌槽内流体混合过程数值模拟研究

采用RNG k-ε模型、多重参考系法对平直叶桨搅拌槽内高黏流体湍流流场进行数值模拟,分析搅拌槽内流体的流动特性和混合过程.结果表明:平直叶桨搅拌槽内流体主要做周向运动,流体的轴向运动和径向运动较微弱;增加的上层桨能显著提高下层桨以上流体的流动速度,但不能显著提高下层桨以下流体的流动速度;双层桨距离较近时会互相影响,导致两桨间的循环流现象消失;双层桨搅拌槽内示踪剂在扩散开始阶段主要是以团状的形式绕搅拌轴做旋转运动,之后在铅垂面上以环绕状形式在桨端周围扩散.研究结果为平直叶桨搅拌槽的设计和应用提供参考.     

机械搅拌槽内非牛顿流体内流特性研究

在工业生产中获得广泛应用的机械搅拌混合,其流体大都是非牛顿流体,具有与牛顿流体不同的流变性质（弹性效应,剪切稀化以及剪切变稠）,所以急需对非牛顿流体情况下搅拌槽内的内流特性开展研究。基于Lin-A315桨型的粒子图像测速技术（Particle Image velocimetry,PIV）试验结果对搅拌槽内非牛顿流体的流场特性进行定常/非定常数值模拟,研究不同质量分数的黄原胶溶液在不同搅拌速度下的轴面流速分布、湍动能分布、径向截线的流速剖面、所需要的搅拌混合时间以及搅拌能耗。结果表明,数值模拟可以很好地模拟分析机械搅拌槽内非牛顿流体的流场特性;提高搅拌速度可以增加槽内主循环流的范围和强度,搅拌槽内涡的分布和湍动能分布范围也相应变大,与100 r/min相比,300 r/min和500 r/min工况下的轴向速度最大值增加3.6倍和5.9倍,所需要的混合时间缩短0.46倍和0.36倍;增加黄原胶溶液的浓度会减小流场的主循环流范围,增加速度梯度,降低槽底区域循环速度,所以与非牛顿流体溶液浓度的变化相比,所需要混合时间对转速变化更为敏感;另外提高搅拌速度会增加搅拌能耗,因此对低浓度非牛顿流体宜选择中等转速、高浓度非牛顿流体宜选择高转速以有利于溶液混合和能源节约。     

基于FlUENT的单层直叶搅拌槽混合时间的数值模拟

搅拌槽广泛应用于化工、医药、废水处理领域,充分了解搅拌槽内部的流场信息、搅拌效果具有一定的实际的意义。针对广西某环保企业的搅拌槽模型,采用滑移网格模型(Mesh motion)、示踪剂浓度法、标准k-ε湍流模型对单层直叶桨式搅拌槽的混合时间和流场进行数值模拟。模拟结果表明:桨叶安装高度设置在距离罐高的1/2H位置时,流场分布均匀,加快罐内的介质混合且混合时间最短。     

双层组合叶轮的搅拌槽对液固两相流的数值模拟

采用液固两相流的方法进行数值模拟,运用Fluent软件,利用多重参考系法(MRF)、Eulerian多相流模型、RNG k-ε湍流模型进行仿真,分析双层搅拌桨在立式搅拌槽不同工况下槽内的流场流动及搅拌功率特性。结果表明:不同组合叶轮对流场宏观流动特性影响显著,当上下层叶轮结构不同时,混合液的湍动能增强,循环流动增强,混合效果提高,故选择双层上斜下直搅拌桨作为最优桨型。在此基础上分析搅拌功率,转速大搅拌功率大;粒径增大,搅拌功率先减小后增大;颗粒体积分数对搅拌功率影响不明显,对比模拟值与实验值的最大误差为15%。     

多层桨搅拌槽内的液相流场研究

针对多层桨搅拌槽的结构配制问题,对多层Rushton桨搅拌槽内的液相湍流流场采用计算流体动力学方法进行了数值模拟研究。首先分析了一个高径比为H/T=1.4的双层Rushton桨搅拌槽内的流型,通过与实验结果的对比,验证了模拟方法的可靠性;随后分析了底层搅拌桨的离底高度、桨间距、桨径比、以及搅拌桨数目对一个高径比为1.6的Rushton桨椭圆底搅拌槽内流型、湍动能和搅拌功耗的影响。研究结果表明,对于所研究的搅拌槽,采用桨径比D/T=0.48、底层桨离底高度C1=0.4T的双层Rushton桨配置为最佳选择,相同雷诺数的条件下,具有湍动均匀度高、搅拌功耗低的优势。     

双层直斜叶及其组合桨搅拌槽三维流场数值模拟

采用计算流体力学的方法,对双层六直叶涡轮桨、双层六斜叶涡轮桨以及双层六直斜叶交替涡轮桨搅拌槽流场进行研究。利用Laminar层流模型对其在甘油与水的混合物中产生的流场进行数值计算,得到三种不同结构形式的双层桨以恒转速200 r/min在搅拌槽内转动时所产生的流场结构,对比分析轴向、径向和周向的速度矢量图、速度云图以及速度分布曲线,为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了理论依据。     

直斜组合桨叶片不同位置顺序的流场数值分析

利用计算流体动力学(CFD)的方法分析了由直叶桨与四斜叶开启涡轮式搅拌桨组成的组合桨,将叶片安放于不同位置顺序时,对搅拌槽内物质扩散以及各监测点混合时间的影响。计算结果表明:不同监测点的混合时间受桨叶安放位置的影响程度各不相同,但在不同转速下各监测点受影响的规律具有一致性。在转速相同的情况下将斜叶搅拌桨安放于直叶桨上方时,搅拌槽内示踪剂扩散效果要优于桨叶反序安放状态。对于其它类型轴流与径流组合式搅拌桨的桨叶位置安放可提供参考。     

穿流式搅拌器槽内流场的数值模拟

利用计算流体力学(CFD)方法对有挡板条件下的桨式和穿流式搅拌器槽内流场进行了三维数值模拟。在模拟的条件下,穿流式搅拌器提高了搅拌槽内的剪切速率,能够增强槽内流体的湍动,同时也加强了搅拌槽底部的流体流动。实验和模拟都发现在雷诺数较低时,两者的功率准数相当,随着雷诺数的增加有孔平桨的功率准数下降。并且发现单层四叶有孔平桨和双层二叶有孔平桨的功率准数模拟相对误差小于单层二叶有孔平桨的模拟误差。总体来说模拟值与实验值吻合还是较好,所以CFD方法的能够用于穿流式搅拌器的优化设计。     

连续流动釜式反应器流场数值模拟

连续流动搅拌釜广泛应用于化工生产过程.文中采用CFD软件对间歇流场和连续流动单层及双层直六叶涡轮搅拌釜的三维流场进行了数值模拟.模拟结果表明:连续流场的混合效果优于间歇流场;双桨的混合效果优于单桨.     

三层组合桨叶片安放位置的混合特性分析

对于结构较深的搅拌槽通常采用多层组合桨进行混合,而叶片安放位置对混合时间有较大影响,采用计算流体动力学方法分析了由折叶桨式(PBT-2)、四直叶圆盘涡轮式(RT-4)以及六折叶开启涡轮式(PBT-6)搅拌桨组成的三层桨.通过改变各桨叶安放位置,分析其对示踪剂扩散和混合时间的影响.计算发现:搅拌混合时间很大程度上受四直叶圆盘涡轮位置影响,且该叶片越靠近槽底混合时间越短.在四直叶圆盘涡轮位置固定情况下六折叶开启涡轮叶片放置于折叶桨上方时混合时间要更短些.计算结果可为其它相似多层组合式搅拌桨的叶片安放提供借鉴与参考.     

基于PIV的四斜叶桨搅拌反应器中非牛顿流体流场研究

针对机械搅拌反应器内非牛顿流体混合效率问题,对机械搅拌反应器内非牛顿流体流场特性进行了研究。采用非接触式流场测试PIV技术,对试验规模四斜叶桨搅拌反应器内非牛顿流体流场进行了测量,讨论和分析了不同溶液浓度和不同搅拌速度对机械搅拌反应器内流场分布的影响。研究结果表明:搅拌速度不仅可以影响流体间对流强度,而且会改变流体流场结构;溶液浓度对流场结构影响不大,但影响桨叶下部高流速区域大小和流体的最大速度。     

基于FLUENT的大排量混砂车搅拌罐结构优化

对搅拌罐三维流场的混合过程进行了数值模拟,利用正交试验方法,先将可能对搅拌时间和搅拌功率影响较大的结构和操作因素进行试探性的模拟分析,并考虑了各因素间的交互影响作用,根据试探性试验的分析结论,进一步细化考察了双层搅拌桨结构对搅拌功率及搅拌时间的影响规律,并最终以搅拌时间为优化目标对搅拌罐进行优化。模拟分析表明,改进后的结构明显提高了搅拌效率。     

聚苯乙烯反应器非稳态流场数值模拟

为了对在役聚苯乙烯反应装置的搅拌器进行优化设计和结构改进,利用计算流体力学方法(CFD)分析了在役反应器内物料的非稳态流动情况,计算了反应器内物料流动的宏观速度场和分析线的速度分布,研究了三层搅拌桨不同排列角对物料流动特性的影响。计算结果表明,排列角为120°的三层搅拌桨在混合均匀性以及混合效率等方面都好于排列角为0°的三层搅拌桨。     

沉淀搅拌槽三维流场数值模拟

使用计算流体动力学软件FLUENT对沉淀搅拌槽内的流场进行了数值模拟,分析了桨叶离底高度对三维流场的影响,进而利用模拟出的数据计算出搅拌轴的功率。结果表明:提高搅拌桨离底高度,有利于提高混合效果。     

新型内外组合搅拌桨的开发及流场特性

提出一种适用介质粘度范围广的新型内外组合搅拌桨。利用计算流体力学和粒子图像测速技术对该搅拌桨产生的流场进行研究。考察不同工作介质、不同转速比情况下,带有新型内外组合桨的搅拌设备内的时均速度、速度变化率和剪切速率分布。结果表明：新型内外组合搅拌桨在各个方向产生的流动都比较剧烈,其径向速度和轴向速度的分布与内外桨转速比密切相关。采用新型内外组合桨改善了搅拌设备近壁区的流动状况,改善程度随着转速比的减小而增强,且对假塑性流体流动状况的改善优于牛顿流体。新型内外组合搅拌桨改善了整个搅拌设备内尤其是近壁区的剪切水平,并且改善程度随着转速比的减小而显著增大。     

牛顿流体和非牛顿流体教学演示仪器的开发研究

牛顿流体和非牛顿流体存在着较大的差异,有关牛顿流体和非牛顿流体特性差异方面的教学演示仪器还较少,有些还处于空白。为了加强学生对牛顿流体和非牛顿流体的认识,本文根据牛顿流体与非牛顿流体流动特性差异,设计制作了表现牛顿流体和非牛顿流体层流流速分布差异的演示仪器;利用自行研制的示踪液体演示了非牛顿流体和牛顿流体运动过程,直观的展示了牛顿流体与非牛顿流体层流流速分布的差异。     

基于Fluent的搅拌槽内多相流数值仿真及研究

针对固-液-固三相流混合物料,运用Fluent流体分析软件,通过Eulerian多相流模型、RNGk-ε湍流模型进行数值仿真,分析三斜叶-三辅助L桨搅拌结构作用下立式搅拌槽内的流场分布规律以及搅拌桨的应力分布情况。结果表明:与常规斜叶式搅拌桨相比,改进后的三斜叶-三辅助L桨搅拌结构更有利于提高多相流平均速度,优化混合物均匀程度,改善槽底或槽壁的搅拌死角;在此基础上,对辅助L桨增设减压槽形成镂空式搅拌结构,有助于优化辅助L桨的受力情况。模拟结果将为多相流的混合特性研究提供有益指导,对搅拌结构的进一步优化具有一定参考价值。     

金属粉末注射成形充模过程数学模型研究

详细阐述了金属粉末注射成形的充模机理,假定了喂料熔体为混合均匀、不可压缩的非牛顿流体,充模流动为层流,依据流体力学和热力学知识,建立了完整的金属粉末注射成形充模过程数学模型,为金属粉末注射成形计算机模拟求解奠定了基础.     

不同间距的双层搅拌器流场及功率的数值研究

搅拌器被广泛应用于许多工业过程中。文中应用计算流体软件Fluent对搅拌槽内的流场进行了数值模拟,采用多重参考系法(MRF)及标准k-ε湍流模型。分析了在双层搅拌器中,上下层搅拌器的不同间距对流场的影响,然后计算出不同间距的功率消耗值,最终确定最佳间距。     

基于计算流体力学模拟的下沉与上浮颗粒在搅拌槽内的固液悬浮特性

采用多重参考系(Multi-reference frame,MRF)法处理桨叶旋转和以颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型,对下沉颗粒和上浮颗粒分别在双层涡轮桨搅拌槽内的固液悬浮特性进行数值模拟研究。得到搅拌槽内宏观流动场和下沉颗粒与上浮颗粒的固含率分布,并考察操作条件对两类颗粒悬浮特性的影响。数值模拟的液相速度分布和流型与文献试验结果吻合良好。研究结果表明,上浮颗粒与下沉颗粒的固液悬浮特性有很大的差别。下沉颗粒固含率分布总体上随轴向高度的增加而降低,固含率在槽底中心处最高,而在循环涡涡心、叶片和挡板的背流面则相对较低,上浮颗粒的固含率分布则与上述下沉颗粒分布趋势相反。搅拌转速增大使下沉颗粒固含率在循环涡涡心有下降趋势,而上浮颗粒固含率则有所增加。平均固含率降低或颗粒尺寸减小有利于两类颗粒均匀悬浮,平均固含率或粒径增大使下沉颗粒和上浮颗粒分别更易于在槽底和液面中心处聚集。