曲面型叶片轴流式搅拌器数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT、利用多重参考系法(MRF)对曲面型叶片轴流式搅拌器的流场进行数值模拟.首先分析研究了不同扭角下曲面型搅拌器槽内流场特性和搅拌功率,表明:当扭角为10°时,槽内湍流强度强的区域更大,且搅拌功率最高;其次还分析了不同桨叶数的曲面型轴流式搅拌器的时均速度分布和搅拌功率,可知槽内时均速度、搅拌功率随着桨叶数的增加而增加.     

桨式搅拌器安装高度对搅拌效果的数值模拟

搅拌器安装高度对搅拌效果的影响一般采用实验研究方法,运用数值模拟技术系统的研究较少.通过FLUENT软件系统地研究了桨式搅拌器在不同安装高度下搅拌槽内流场的湍流强度分布、流速分布以及在不同安装高度下搅拌功率的大小.结果表明,搅拌器在合适的安装高度下,搅拌功率随着安装高度的增加有细微的减小;在不合适的安装高度下,搅拌效果会受到影响,功率会增加.     

流固耦合的机械搅拌叶片强度分析

为了探究某钢厂三叶螺旋搅拌器在流体状态下搅拌器真实的应力和应变大小，利用软件Fluent和Workbench，采用多重参考系法（MRF），流体体积函数（VOF）和标准的湍流模型对螺旋搅拌器进行单向流固耦合数值模拟，得到搅拌器流场分布特点和静力分析情况。分析发现搅拌槽内最大流速位于搅拌头附近区域的流体，而搅拌槽内流场的速度来源于搅拌头的转动，最大速度值约为1.1 m/s；搅拌器最大压力出现在搅拌器底部区域，最大压力约为2270 Pa；搅拌器最大应力出现在搅拌桨叶根部区域，此处为搅拌桨叶与搅拌轴连接处，容易产生应力集中现象，最大应力约为0.241 MPa；最大形变发生在搅拌头底部区域，由于流体压力较大，磨损比较严重，最大变形量约为0.001517 mm。     

搅拌槽内部固-液悬浮流场的数值模拟及实验研究

随着计算机技术的迅速发展和计算流体力学理论的不断进步,国内外许多研究者利用CFD软件对搅拌器内部流场进行了大量的模拟。同时,也有不少学者针对搅拌设备内部流场利用LDV和PIV等测量技术进行了实验研究,结果表明,CFD模拟的结果与实验数据吻合较好。利用滑移网格法计算了六折叶圆盘涡轮搅拌器内部固-液悬浮流场。采用标准湍流模型及欧拉法来建立流体力学模型,研究了搅拌器在不同转速及不同安装高度下,流场的分布情况,分析了数值模拟和实验研究之间的功率消耗差异。通过数值模拟,为搅拌器的优化和放大提供参考。     

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。     

反应釜内搅拌混合特性研究

针对新型搅拌器(三层旋桨式搅拌器)在反应釜中搅拌效果的问题,运用了计算流体力学(CFD)的方法,以工业上常用的框式搅拌器作为对比试验对象,对这两种搅拌器在Solid Works软件中进行了三维建模,然后将建好的模型导入Fluent软件中进行了流场仿真分析。数据后处理应用Tecplot和Excel软件,从Fluent数据中提取出了两种搅拌器所形成的流场、有机溶液分布云图和选定横截面的有机溶液的体积分数,从这些数据中分析研究了新型搅拌器在反应釜中的搅拌混合效果。研究结果表明:新型搅拌器所形成的轴向混合流场比框式搅拌器形成的轴向循环流场更为科学,搅拌效果更好,而且新型搅拌器搅拌后的有机溶液分布更为均匀。     

叶片安放角对开启涡轮式搅拌器的影响

开启涡轮式搅拌器是水处理、化工、冶金等行业中的常见搅拌设备.叶片安放角影响其搅拌功率、流态.首先应用计算流体力学(CFD)软件对不同叶片安放角下的开启涡轮式搅拌器流场进行数值模拟,得出功率曲线和流场分布,然后通过实验验证了数值模拟的正确性,为开启涡轮式搅拌器的选型和设计提供了参考依据.结果表明当雷诺数(Re)较小时,随着安放角(θ)的增大功率增大并不明显,当Re足够大,水流处于湍流状态时,随着θ的增大功率急剧增大;当安放角为90°时,搅拌槽内水流以径向流为主,并以叶轮为界形成上循环流和下循环流,循环较弱,当叶片安放角为24°或45°或60°时,水流以轴向流为主,并沿搅拌槽区域形成整体循环流,循环较强.     

叶片交错布置对双吸离心泵外特性的影响

基于RANS方程、修正后的RNG湍流模型和壁面函数法,采用CFX软件分别对交错布置和对称布置叶片的高转速低比转速双吸离心泵进行了流场为三维不可压缩湍流流场的数值模拟,计算得到了各自的性能曲线以及叶片和蜗壳内的压力和速度分布。通过对比分析可知,采用交错布置叶片能有效降低泵的轴功率,且在设计工况和大流量工况提高泵的效率,能明显改善蜗壳内部流动特性,有效减小泵内气蚀的严重程度,增强离心泵的运行稳定性。     

基于FLUENT的潜水搅拌器搅拌流场分析

对于潜水搅拌器的搅拌流场,采用基于雷诺时均方程和标准k-ε方程的湍流模型,以及贴体坐标和交错网格系统对N-S方程用有限体积法进行离散,采用交错网格存放变量,用SIMPLEC算法求解N-S方程,应用Fluent软件对三维不可压湍流搅拌流场进行数值模拟。结果表明:搅拌器叶轮运行时产生旋向射流,中心速度较快,向外做扩展运动,利用体积流来输送液体。通过调整潜水搅拌器的安装深度和改变搅拌器叶轮的重要设计参数轮毂比的大小,对所得到的模拟结果进行对比分析,提出优化的安装和设计方案。     

高速电主轴油气润滑流场仿真分析

利用三维软件Solidworks对电主轴进行建模,研究在不同转速下油气润滑流体流经电主轴时的速度场分布情况;分析电主轴转速、电主轴定转子间隙对润滑流场的影响。结果表明:随着电主轴转速增加,润滑流体流出电主轴的速度不断增大,当转速超过一定值后润滑流体流场变化剧烈,且出口处流场的最大速度区域出现位置一般呈90°夹角分布;流体流经定转子间隙时,速度场在轴向上呈现先增加后减小的趋势,在径向上呈现由转子表面向定子表面递减的趋势;通过增加出口长度的方法,可以提高回流现象出现的临界转速。     

标准搅拌器临界转速的探讨

分析了搅拌轴临界转速校核计算,用数学推导的方法得到了简化的计算公式,可用于搅拌器的设计和校核。     

基于Fluent的螺带式混凝土搅拌主机数值分析

使用计算流体力学软件Fluent数值分析了螺带式双卧轴搅拌主机搅拌槽的三维流场,采用欧拉模型、动网格技术和用户自定义函数,在搅拌速度、搅拌叶片螺旋升角、搅拌时间不同的条件设置下,利用粒子示踪法(PTM)数值模拟了物料在搅拌槽内的搅拌混合过程,用搅拌时间评价搅拌主机的搅拌效率。对不同速度下的湍流动能和速度矢量分析。比较得出该型搅拌机较优的搅拌速度、搅拌叶片螺旋升角及搅拌桶长宽比等主机参数。最后通过搅拌试验验证仿真结果数据的可靠性。     

PBT搅拌器流动特性的CFD研究

以配置了单层四斜叶开启涡轮(PBT)搅拌器的搅拌罐为对象,对相同搅拌功率下6种搅拌器直径和搅拌转速的组合进行了流动特性的计算流体力学(CFD)模拟,研究了搅拌罐内的速度矢量分布、剪切速率分布和轴向循环能力。结果表明,搅拌器直径和搅拌转速的改变会引起剪切速率和轴向循环能力的变化。     

三叶折叶浆搅拌流场三维速度分布规律的研究

用激光测速技术测定了三叶折叶浆搅拌流场的三维速度分布规律,通过流场分析发现该类搅拌浆轴向流动特性较差,为进一步研究开发新型高效轴流式搅拌器奠定了基础。     

标准搅拌器临界转速的探讨

分析了搅拌轴临界转速校核计算，用数学推导的方法得到了简化的计算公式，可用于搅拌器的设计和校核。     

变速搅拌混沌混合的PIV试验研究

针对搅拌槽内部的流体混合在湍流状态不成问题,但当流体处于层流状态下如何提高混合效率的实际问题,为提高层流状态下搅拌槽内流体的混合效率,采用混沌混合使叶轮以变转速做周期性运动。利用粒子图像测速技术对层流搅拌槽变速混沌混合流场进行试验研究,对所测得的粒子图像采用相应图像处理软件处理,得到了六个不同角度处流体径向速度分布云图,并对比分析变速搅拌与常速搅拌混合流场速度分布曲线的不同。试验结果表明,叶轮变转速运动时,搅拌槽内径向速度范围宽,扰动区域大,说明变转速运动比常转速运动的搅拌混合效果好、搅拌效率高。所做研究对充分认识变速层流搅拌诱发混沌混合的机理,为大型层流混沌混合搅拌槽的设计提供指导性建议,具有重要理论意义及实际应用价值。     

涡轮搅拌器搅拌特性数值模拟与实验研究

针对工业常用的涡轮搅拌器,就典型的平直叶开启涡轮式、45°斜叶开启涡轮式和平直叶圆盘涡轮式3种搅拌器形式,分别进行了流场数值模拟和对比搅拌实验.基于Fluent软件的CFD数值模拟,获得的速度场分布,反映了搅拌器的结构特点.使用Fluent软件的Report功能输出模拟扭矩值,换算成的功率曲线和实测的搅拌功率曲线有很好的一致性,证明了CFD技术不仅能对速度场进行模拟,还可有效模拟搅拌功率,对搅拌设备优化设计和实物实验有进一步的指导作用.     

不同槽底的双层搅拌器流场及功率的数值模拟

运用Fluent软件的多重参考系(MRF)及标准κ-ε湍流模型,针对双层平槽底结构和锥槽底结构,研究了不同槽底的双层搅拌器的流动特性,得出流场分布情况、转矩和搅拌功率,结果表明平槽底结构优于锥槽底结构。     

叶片熔体输运过程拉伸形变速率的研究

叶片挤出机是一种基于拉伸流变的新型塑化输运设备,与常用塑料成型设备通过剪切力场来实现对聚合物及其填充体系的分散混合相比,拉伸流场具有更好的分散混合效果及较高的分散效率。通过分析叶片挤出机的结构特点,建立相应的物理模型,从理论上分析了聚合物在熔体输运阶段中拉伸形变速率的大小,得到拉伸形变速率在转角为0到/2过程中,轴向拉伸形变速率和周向拉伸形变速率大小相同,拉伸形变速率随转角呈现出抛物线变化,随着偏心距的增大而增大,随着挡板内径的增大而减小,随着转速的增大而增大;在转角为/2到过程中,轴向拉伸形变速率和周向拉伸形变速率大小也相同,拉伸形变速率随着转角的增大而逐渐减小,随着偏心距的增大而增大,随着挡板内径的增大而减小,随着转速的增大而增大。从而增大叶片结构单元的偏心距,减小挡板的内径尺寸以及在塑化加工过程中提高到适当的转速,有利于产生更强的拉伸作用。     

变转速耦合偏心结构实现高效层流混合的荧光可视化试验研究

机械搅拌广泛应用于化工、食品、冶金、环保等过程工业领域.层流搅拌工况下,搅拌槽内由于搅拌桨叶的规律性扰动使桨叶的上下方产生环状隔离流场.隔离流场的封闭性使流场内外工质无法交换,成为实现高效层流混合的主要障碍.采用平面激光诱导荧光(Planner laser induced fluorescence,PLIF)技术显示瞬态流场结构.通过编写图像处理程序,识别非混合区域并定量计算出混合效率.试验结果表明,传统中心搅拌的混合效率停留在63％左右,经过多个周期的变转速搅拌后混合效率可提升至约78％.搅拌轴的偏心布置破坏了流场的周期对称性,促使隔离区域减小.当偏心率E=0.1、0.3、0.4、0.5、0.6时,在200 s内混合效率分别为79％、85％、89％、90％、86％.研究发现偏心率与混合效率并非单调线性关联,偏心率存在最优值范围(E=0.4～0.5).然而流动隔离区仅通过搅拌轴的偏心布置仍然无法完全消除.提出变转速耦合搅拌轴偏心布置的策略,通过施加非定常非对称扰动实现层流搅拌工况下的高效混合.荧光可视化结果表明,与中心变转速搅拌相比,偏心变转速搅拌对流场的改变更为明显.当偏心率E=0.3、0.4、0.5时,经过三个周期的变转速层流混合,隔离区域大幅缩减,混合效率最高可达97％以上.将为高效层流搅拌混合器的设计提供技术与理论指导.