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。     

组合桨的气液搅拌的数值模拟分析与研究

对三层搅拌桨气-液两相搅拌反应器内的流体流动进行了实验研究,用Pro-E软件建立模型,利用计算流体动力学(CFD)方法对反应器内部整体气含率、局部气含率、流场流体分布及变化规律进行数值模拟计算。研究了在通入气体的条件下,桨叶搅拌速率对整体气含量的影响。结果表明,组合桨的结构对于气液流场分布特性有着关键的影响。     

基于格子Boltzmann方法的分叉微通道内非牛顿流体流动特性研究

为探究分叉微通道内非牛顿流体的流动特性,将非牛顿流体幂律模型引入牛顿流体格子Boltzmann模型,在不同分叉角度矩形截面微通道内数值模拟不同质量分数剪切稀化流体的流动行为;通过分析流动过程中密度随时间的变化趋势以及稳态流动下的密度,得到微通道内压力的分布以及流动区间的压力降;分析溶液质量分数、入口速度与分叉角度对非牛顿流体流动特性的影响,探讨流体特性和微通道几何构型对非牛顿流体流动行为的影响机制。结果表明:分叉角度为90°的微通道内流体的压力降最小,当分叉角度大于90°时,压力降随着分叉角度的增大而减小,当分叉角度小于90°时,压力降随着分叉角度的增大而增大;流体入口速度和流体溶液质量分数增大,压力降均增大;流体溶液质量分数增大使得分叉角度和入口速度对出口处压力降的影响更为显著;微通道内各截面处压力降分布呈抛物线形。     

基于Fluent的双卧轴搅拌器数值模拟研究

针对一种PVA纤维双卧轴搅拌器,利用Fluent软件对其内部流场进行数值模拟,分析了在梯形搅拌叶片作用下搅拌器内流场的湍流强度以及速度分布情况,对比分析了不同搅拌转速对流场分布规律的影响。结果表明,减小搅拌叶片间距和减小搅拌轴轴距均可增大流场的湍流强度,有助于纤维的分散;搅拌转速在650 r/min左右时,搅拌器分散效率最高。为纤维分散的流场特性研究及搅拌结构的优化提供一定参考价值。     

机械密封腔流场实验和数值模拟研究进展

机械密封腔内的流场行为对机械密封的性能有重要影响,国外对机械密封腔内的流场行为进行了广泛而深入的研究.综述了国内外对机械密封腔流场的研究情况,包括实验研究和数值模拟.实验研究主要是通过PIV、LDV等试验仪器测量不同机械密封腔结构内流场的速度、压力、固体颗粒分布等参数,掌握流场流动的规律,进而改善其操作环境;数值模拟主要是使用Fluent等CFD软件对流场的各参数、固体颗粒的轨迹等进行仿真,甚至可以模拟难以测量的复杂机械密封腔结构,其模拟结果与试验结果能够很好地相符,为更深入直观地理解机械密封腔内的流场行为提供了一个有用的工具.实验研究和数值模拟的研究结果对机械密封的研究与使用具有重要指导作用.     

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。     

双层桨搅拌槽内层流流场与混合时间的数值模拟

采用Laminar模型、多重参考系法(Multiple reference frame,MRF)和示踪剂浓度法对双层六直叶桨搅拌槽内高黏非牛顿流体层流流场和混合时间进行数值模拟,分析其流动特性、示踪剂扩散过程、示踪剂浓度响应曲线和混合时间;采用示踪粒子法和酸碱指示剂变色法对透明有机玻璃搅拌槽内流动场和混合过程进行试验测定。结果表明,双层桨中间面将示踪剂先控制在加料的半层内随主体介质流动扩散,当浓度差增大后再向另外半层扩散;在搅拌剧烈的桨叶区或在中间面加入示踪剂,可获得更短的混合时间;不同位置混合完成的时间不同,根据搅拌要求合理选择监测点,可避免资源浪费或搅拌不充分;提高搅拌转速,可使搅拌槽内介质混合过程加快,混合时间减小;试验结果验证了数值模拟结果的准确性,为非牛顿流体层流搅拌槽的设计和工程应用提供了理论依据。     

污水处理搅拌机的水力设计与试验研究

针对目前国内污水处理搅拌池内流场测试研究空白,为研究污水处理搅拌机性能,选用NACA翼型,应用升力法对污水处理搅拌机叶片进行水力设计,并对搅拌池内流体流场分布进行试验研究。在设计的试验台上,利用流速仪,通过空间布点测量了污水搅拌池内不同位置的流体速度。利用EXCEL软件绘制了污水处理搅拌池内不同位置截面上的流体速度分布图,分析了池内流体速度分布规律。流体速度沿着轴向传递明显,流体径向扩散相对较小,且污水搅拌池内流体的流速基本沿污水处理搅拌机轴对称分布。试验表明:该测量方法可行,且该污水处理搅拌机具有明显的轴向导流和减少池壁边界对池内流体的影响作用。     

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。     

沟槽数量对泰勒涡流稳定性的影响

用粒子图像测速技术(Particle image velocimetry,PIV)对光滑壁面和沟槽数量为18的模型内的流场进行测量,初步获得沟槽的存在对于环隙内流场的影响规律;同时利用数值计算获得沟槽数量为18的模型内的流场分布,通过对比试验结果和数值模拟结果,验证数值计算方法可靠性。通过数值计算研究沟槽数量0、6、12、18模型内的流场分布,在比较沟槽模型与光壁模型环隙内的速度场和涡量场的基础上,得出以下结论：较少的沟槽数量增加了泰勒涡的轴向尺寸,随着沟槽数的增加,沟槽结构对流场影响不断加剧,环隙内最大径向速度和轴向速度均有不同程度的增加;对比不同轴向位置的流场分布,发现沟槽区域内存在明显的旋涡流动,不同轴向位置沟槽内的流体存在着进出环隙内的运动。     

通道形状对活塞冷却油腔内工作流体阻力及流动特性的影响

为揭示通道形状对活塞冷却油腔内工作流体的阻力及流动特性的影响,将冷却油腔的直壁通道改为波壁通道,并采用压力差和可视化的方法对通道内工作流体的阻力及流动特性展开了实验研究。压力差实验结果表明,与水在直壁通道内的流动相比,水在波壁通道内层湍转捩点大大提前,将非牛顿流体替换水作为工作流体后,层湍转捩点再次提前;可视化实验结果表明,波壁通道内工作流体在雷诺数较低时就可呈现不稳定流动形态。为在较低雷诺数下继续强化活塞冷却油腔内的热质传递,进一步开展了脉动流场下非牛顿流体在波壁通道内的流动特性实验和数值模拟研究,结果表明：脉动流场的操作参数对波壁通道内非牛顿流体的流动不稳定率有较大影响,且影响了通道内非牛顿流体的质量传递。     

双螺杆捏合机转子型线设计与数值模拟

利用曲面共轭原理建立双螺杆捏合机转子型线设计与螺杆转子共轭曲面啮合方程的数学模型,提出一种可对高黏度物料进行输送、混合及塑化作用的新型双螺杆捏合机螺杆转子型线,给出转子螺旋副组成齿型线参数方程,进行转子结构设计.建立双螺杆捏合机流场数值仿真模型,依据计算流体动力学理论,对非牛顿流体流动进行三维、等温稳态有限元数值分析,研究其在不同转速及中心距条件下流场压力场分布、速度场分布、最大切应力、物料流动速率等特性;依据流固耦合理论,求解捏合机内部流体和双螺杆转子结构耦合方程,研究不同工况下流体压力和扭矩对螺杆转子应力和变形影响的变化规律.研究结果为双螺杆捏合机转子型线、结构参数的设计以及工艺参数的合理设定提供理论依据.     

多孔射流式通风的流场特性分析

为了分析多孔射流风机作用下风场的流场特性,文中采用CFD方法,对多孔射流式风场模型内部流场进行了数值模拟,对比分析了不同喷嘴数量及排布方式对流场性能的影响,并引入涡动力学理论,分析了流场内涡结构的分布发展规律及其对流体掺混的影响。结果表明：喷嘴的数量及排布方式对流场性能有显著影响,外围喷嘴会对中心喷嘴的流动起到限制作用;流向涡对流体掺混效果的作用比展向涡大,在涡量一定的情况下,流向涡尺度越大、衰减越快,流体间的混合效果越好,流场稳定性越高。流场内速度及涡动力学分布表明,流场稳定性随着喷嘴数量的增加而显著提高,因此在保证经济性的前提下应尽量采用数量多的喷嘴排布方式。     

Rushton桨搅拌槽内平均流场的二维PIV试验研究

用粒子图像测速技术(Particle image velocimetry,简称PIV)对带有Rushton桨叶的,无挡板搅拌槽内的流场进行研究。在叶轮转速240 r/min下,流动的雷诺数Re=1 527时,获取了桨叶处以及桨叶转过5个不同角度处的粒子图像。在对粒子图像进行处理和计算后,得到了相平均速度场和系综平均速度场,并给出了速度分布剖面图。结果表明,所研究的Rushton桨搅拌槽内径向喷射流动沿桨叶垂直方向是非对称的,而是向下方倾斜。在桨叶附近,径向流动速度高。随着流动远离桨叶,径向速度在降低。因此径向喷射流动作用就相当于自由射流:叶轮桨叶喷射出的流体进入周围大量低速运动的流体中,卷吸周围流体,并沿轴向和径向扩散,从而使更多的流体参与混合和反应。所作研究对于深入了解搅拌槽内流场结构具有实际意义。     

基于FLUENT的沉淀反应器方案研究

采用计算流体力学(CFD)对某厂的重要设备——沉淀反应器的搅拌结构进行研究,利用Gambit前处理软件以及Fluent流体力学模拟软件,应用标准k-ε湍流模型,并使用稳态MRF(Moving Reference Frame)方法,模拟了介质为水时沉淀反应器在不同结构、不同搅拌速度下流体力学情况,考察了流场、平均速度以及搅拌功率随操作和设备结构的变化情况。     

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。     

非啮合双螺杆挤出机三维流场数值模拟

高粘度物料在双螺杆反应器中的流动情况非常复杂,很难用解析法求解.利用ANSYS软件包对双螺杆挤出机非啮合并列型螺纹元件进行了三维等温非牛顿流场分析,分析了速度场和压力场的分布情况,讨论了不同边界条件对整个流道的速度场、压力场及流量的影响.计算结果对实际生产具有一定的指导意义.     

胶乳分离机高速转鼓内流场的数值分析

为了得到胶乳分离机高速转鼓在离心力场作用下的内部流场规律,建立胶乳物理特征、转鼓结构及转速与流场压力、速度之间的相互关系。基于FLUENT软件,对仿真建模、边界条件设置、计算方法进行了研究;选择混合多相流和层流模型,利用转鼓流场二维模型对内部流场进行了数值模拟,分析得到了流场的压力云图、速度云图以及出流区速度矢量图,定量评价了不同转速下流场压力、速度的变化,提出了一种利用特征参数验证模型的方法。分析结果表明:转鼓内流体压力、速度与流体所处半径成正比,流体速度、压力分别与转鼓转速呈一次、二次正比例关系,在工作转速下最大液体压力为10.4 MPa,重相出流区比轻相出流区存在更明显的漩涡现象,碟片间隙内液体流动状态为层流,仿真结果与理论计算值、文献压力数据及特征参数实测值较一致,验证了分析模型和分析方法的有效性。本研究为胶乳离心分离工艺、转鼓流场及结构优化提供了理论依据和分析方法。     

硫酸铜结晶搅拌设备三维流场的数值模拟研究

以某企业硫酸铜结晶搅拌设备为研究对象,利用计算流体力学(CFD)软件Fluent,对硫酸铜结晶过程中使用的搅拌设备形成的三维流场进行了数值模拟研究,得到了搅拌设备工作过程中的静压力云图,硫酸铜溶液的速度矢量图、速度云图和晶体颗粒的浓度云图,并根据分析结果提出当前搅拌设备结构上存在的问题,明确了硫酸铜结晶搅拌设备内流场特性和晶体颗粒分布状态,为后续硫酸铜结晶搅拌设备设计和优化提供了理论参考。     

机械密封环温度场数值模拟分析

利用FLUENT强大的模拟功能,对机械密封腔内的流场和温度场进行数值模拟.该方法将整个流场用网格进行划分,利用能量方程、连续性方程对流场进行数值计算,并将计算结果用不同的颜色区分开,把温度、压力的分布,以及压力和速度的大小、矢量方向绘制成三维视图,更直观、简便地显示出来,分析了在密封运转稳定状态下,机械密封环温度场及密封腔内流场的温度、压力分布.