新型穿流搅拌釜构型参数的正交实验研究

深入研讨了新型穿流式搅拌釜的构型参数，特别着重研究了设置穿流式挡板和搅拌桨对搅拌釜性能的影响．通过正交实验研究了挡板宽度、开孔孔径、开孔率和离壁安装距离以及桨叶开孔孔径、开孔率和离底安装距离等七个构型因素对搅拌釜性能的影响（包括临界转速、混合时间、功率消耗等），结果表明各因素的影响均十分重要，根据正交实验方差分析的结果，确定了较佳的桨叶和挡板的开孔孔径、开孔率、挡板宽度、板离壁安装距离和桨叶离底安装距离．研究结果表明：设有穿流式挡板和桨叶的搅拌釜是一种具有广阔应用前景的结构简单而又高效节能的新型构型的混合与反应装置．     

无挡板搅拌槽的固液悬浮特性

采用PC-6D浓度测量仪研究了无挡板Rushton桨搅拌槽内石英砂-水两相体系的固液悬浮过程,测量了不同桨叶安装高度和桨径比时的临界悬浮转速,分析了桨叶安装高度、桨径比以及搅拌转速对固相浓度分布和功率消耗的影响。结果表明,无挡板时的临界悬浮转速和功率准数比有挡板时小,且随桨叶安装高度的增大而增大,随桨径比的增大而减小;对于无挡板固液悬浮,C=T/5、D=T/3时的悬浮性能最好,增大桨径比和搅拌转速均不能明显改善固液悬浮效果。     

桨叶安装角度对反应器内混合特性影响的模拟分析

借助计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术对桨叶安装角度为30°,45°和60°的污泥厌氧消化反应器进行数值模拟,研究结果表明:反应器内最大速度出现在搅拌桨叶末端,搅拌轴处及其两侧速度几乎为零,形成死区.湍流黏度的最大值均出现在搅拌轴上部左右两侧的区域,搅拌桨叶区域的湍流黏度较小.湍动能的最大值出现在桨叶末端附近,并向中心逐渐递减,且随着安装角度增大,湍动能的分布更加广泛和均匀,三种反应器的湍动能耗散主要集中在桨叶区和槽壁区域,安装角度越大,在桨叶区和槽壁区域的耗散就越大,不利于反应器内能量的传递.桨叶安装角度越大,其搅拌功率越小,安装角度每增加5°,功率降低约1%.     

双层桨叶搅拌器流场的CFD模拟与PIV测量

利用CFD技术和PIV测量研究了搅拌器内双层桨叶不同位置的流场和浓度分布.基于Navier-Stokes方程和标准κ-ε湍流模型,求解搅拌器的湍流场,考察了在不同转速和不同桨叶高度下搅拌器的流型变化和混合浓度情况.结果表明:改变双层桨叶位置,流场的流型基本不发生变化,均以桨叶为中心形成上下"双循环"流动;随着加料位置和桨叶高度的变化,对搅拌功率基本没有影响,但时不同监测点的浓度变化较大,对混合时间的影响也较大;采用桨叶部位加料可以充分利用流体的湍流特性,加快混合速度,缩短混合时间,节约成本,提高经济效益.     

气固搅拌流化床内的压力脉动特性

为考察搅拌桨的转动作用对流化特性的影响，研究了不同转速和气速下搅拌流化床的压力脉动行为.采用188 mm的内径和400 mm的静床高，以Geldart B类和D类颗粒为实验物料，进行了压力脉动信号的统计分析和功率谱分析.实验结果表明，搅拌桨的转动对最小流化速度没有影响，但使B类和D类颗粒呈现了A类颗粒特有的散式流态化现象.随搅拌转速的增大，压力脉动的标准偏差减小，最小鼓泡速度增加. 最小鼓泡速度与最小流化速度之比与搅拌转速成正比.当搅拌转速增加到一定程度后，压力脉动的功率谱主频等于搅拌桨转动频率，流化床从鼓泡流态化状态转化为散式流态化状态.     

直斜错位桨搅拌槽内流场的探究

为了进一步增强直斜错位搅拌桨的搅拌效果. 对桨叶直径Ｄ＝１６０ ｍｍ,不同桨叶间距的搅拌桨进行三维数值模拟,通过分析它们的宏观流场特征,综合速度、轴向速度、径向速度、切向速度的变化规律及死区分布规律,探究直斜错位桨的最优桨叶间距. 结果表明:当桨叶间距在3Ｄ/4-3Ｄ/4范围内,各速度分布的不均匀性较小,搅拌槽中基本无死区且流体的循环范围最广. 当桨叶间距在Ｄ/2-D范围内,高速区范围最大,且无明显变化. 当桨叶间距在3Ｄ/4-D范围内,流体的平均速率较大,当桨叶间距为3Ｄ/4时,轴向速度和径向速度较大,故搅拌效果较佳,混合效率较高. 因此,桨叶间距在3Ｄ/4-7Ｄ/8范围内可取最佳值.     

不同组合桨搅拌器搅拌特性的数值研究

采用Fluent软件的多重参考系(MRF)及标准k-ε湍流模型,针对双层平直桨叶、双层45°折叶涡轮桨和两者组合搅拌桨这3种搅拌桨,研究了不同桨叶类型搅拌槽内的流动混合特性和加料位置,结果表明:45°折叶涡轮桨和平直叶桨的上下组合桨可以增强搅拌器内流体的上下湍动,促进混合,其搅拌功率较双层平直叶桨下降37.91%,混合时间减少50.48%;选择上层桨叶尖端加料可以缩短搅拌器内液体的混合时间,提高搅拌效率.     

方形气固流化床中局部颗粒速度实验研究

对FCC颗粒在截面尺寸为368mm的方形流化床中研究了局部颗粒速度分布的基本行为。实验利用光纤探针测试了三个不同轴向高度的颗粒速度分布和静止床层高度对颗粒速度分布的影响。结果表明：截面局部颗粒速度随表观气速Ug的增大同步增加,颗粒速度沿截面分布不均匀。在截面中心区,局部颗粒速度随Ug增加而增加,上行颗粒速度增加更为显著。在边壁区,低气速时上、下行局部颗粒速度随Ug增加而增加且增幅相近;高气速下局部颗粒速度表现出显著的波动过程。静床高度增加,对上行颗粒速度影响明显,但随着气速增加影响减弱。     

R—P型磷酸反应器混合特性的研究

本文研究了搅拌桨型式、转向、转速和搅拌桨安装位置对R-P型磷酸反应器的流型、混合时间和停留时间分布的影响。提出斜桨的吸入流体侧是决定混合时间长短的控制区域。并依此观点修正了Joshi的循环混合模型。所得修正模型能较好地解释实验观测结果。     

多相机械搅拌气升式环流反应器的气—液传质

由空气－水－玻璃珠（ρ－２６３０ｋｇ／ｍ＾３,ｄｐ＝２５μｍ）构成三相体系,在内置机械搅拌浆的内循环顺中进行实验。实验条件：表现气速Ｕｇ０．５－１９．０ｃｍ／ｓ,固含量ε,１％、２％、４％质量分数）、搅拌速桨速度为０－１２００ｒ／ｍｉｎ。结果表明总体积传质系数ＫＬａ随气体表观气速和搅拌速度增加而增加。总能量耗散速率同时受通气能量耗散速率与搅拌机械能量耗散速率的影响。搅拌转速一定时,搅拌机机械能量耗     

穿流型搅拌器开孔位置的数值模拟

为进一步降低能耗,确定开孔位置对穿流型搅拌器的搅拌效果的影响,在相同的开孔尺寸及开孔率条件下,对八种不同开孔位置的穿流型搅拌器的搅拌流场和功率特性在液一液相条件下对相应搅拌进行了数值模拟．模拟过程中,开孔位置分为近端、中间和远端三种类型,均匀分布在对应的位置;整个搅拌釜分为动静区域,将搅拌轴、搅拌器及其周边区域都设为动区域,剩余区域为静区域进行模型简化处理,基于四面体网格对模型进行网格划分,选用标准k—e湍流模型,采用多重参考系模型求解稳态下的搅拌流场．根据模拟结果及相关数据得出,穿流型搅拌器与普通搅拌器比较,可在更低的功耗下获得更大的速度梯度和更明显的涡流效应,有效强化搅拌;开孔位置在远端的穿流型搅拌器在相同转速下扭矩最小,功耗最低;开孔位置离搅拌轴越远,功耗下降越明显,且在一定转速范围内,搅拌转速越高,效果越明显．     

CFD simulation of single-phase flow in flotation cells: Effect of impeller blade shape,clearance, and Reynolds number

A series of numerical simulations of turbulent single-phase flows are performed to understand the flow and mixing characteristics in a laboratory scale flotation tank. Four impeller blade shapes covering a wide range of surface areas and lip lengths are considered to highlight and contrast the flow behavior predicted in the impeller stream. The mean flow close to the impeller is fully characterized by considering velocity components along the axial direction at different radial locations. Normalized results suggest the development of a comparatively stronger axial velocity component for a blade design with the smallest lip length, called big-tip impeller here. Normalized turbulent kinetic energy profiles close to the impeller reveal the existence of an asymmetric trailing vortex pair. The highest turbulence kinetic energy dissipation rates are observed close to the impeller blades and stator walls where the radial jet strikes the stator walls periodically. Furthermore, liquid phase mixing in the flotation cell is studied using transient scalar tracing simulations providing mixing time data. Finally, pumping capacity and efficiency of different impeller designs are calculated based on which the impeller blade design with a rectangular blade design is found to perform most efficiently.     

双层组合桨中心及偏心搅拌三维流场的数值模拟

利用计算流体力学的方法,采用Laminar层流模型对双层六直斜叶交替组合桨在甘油与水的混合物中进行中心及偏心搅拌的三维流场进行数值计算,得到了组合桨以恒转速200r/min在搅拌槽内转动时所产生的3种不同流场结构,对比分析了速度矢量图、速度云图以及轴向、径向和周向速度分布曲线,为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了依据。     

带导流筒搅拌槽中循环流量的实验研究

目的　研究带导流筒搅拌槽内循环流量的影响因素 ,优化搅拌桨型式 .方法　在直径为 0 .5 m和0 .8m的带导流筒的搅拌槽内 ,采用热示踪热响应法系统考察了搅拌桨型、叶轮雷诺数、导流筒直径和离底距离、静液位高度、列管设置及其流通面积对循环流量的影响 .结果与结论　优选出新的能产生更大循环流量的搅拌桨型式 ,得出各结构参数对循环流量准数的影响情况     

底部对数螺线挡板对搅拌釜流场特性影响的数值模拟

采用CFD方法对底部不同结构尺寸对数螺线挡板的搅拌釜内流场特性进行了数值模拟。模拟采用多重参考系方法、滑动网格法和k-ε湍流模型。在100r·min-1转速下,对不同结构尺寸底部挡板流场进行模拟分析。结果表明：增大底部挡板弦长与宽度有利于强化搅拌釜混合效果,缩短混合时间。底部挡板改善了叶轮区以下区域的流动状况,轴向流动与挡板弦长和宽度成正相关,与离心距离成负相关。底部挡板对将剪切速率有一定的提高,增加弦长与宽度有利于剪切水平提高。     

涡轮搅拌桨混合过程三维非等温流场数值模拟

化工搅拌装置内的流体流动伴随着显著的传热过程, 由于搅拌流动的复杂性以及温度的分布难以测量, 采用试验法具有一定的局限性。利用计算流体力学(CFD)软件, 采用标准κ-ξ紊流模型, 分析了非稳态非等温情况下, 涡轮搅拌桨混合过程中搅拌槽中流体的三维紊流流场和温度场的分布。结果表明, 桨叶旋转时, 在叶轮区产生高速射流, 径向射流在流动过程中夹带着周围流体撞击到槽壁后, 径向排出并分成两部分, 在叶轮上下两侧附近形成了两个循环涡流。随着桨叶搅拌时间的增加, 搅拌槽内流体温度逐渐趋于均匀, 但在六叶轮斜上区出现6 个低温区。桨叶所产生的能量绝大部分都消耗在桨叶附近的排出流区。     

Numerical Investigation on the Features of Gasoline Mixture Flow Field with Rotary Jet Mixing

Employing the standard k-εturbulent model and slipping grid technique,distributions of velocity and dynamic pressure and mixing time was numerically investigated to research the gasoline flow features and mixing efficiency in a gasoline mixture tank with a rotary jet mixing(RJM)system installed at the bottom center.The simulation results showed that the RJM system can achieve fully circular stir without blind corner,reaching high mixing efficiency in the mixing process of gasoline from different refining line.The mixing density difference met the mixing requirement for the first time at 31.2 s and then showed a tendency of deterioration.It met the requirement again at 58.2 s with the mixing density difference meeting the mixing criterion of 3‰.     

叶片数和叶轮外径对微型风扇性能影响的实验研究

对不同叶片数和不同叶轮外径的微型风扇,以及同一款风扇在几种转速下进行实验测试,分别得到其流量-压力性能曲线。结果表明,针对同一类型的风扇,在相同转速下叶片数多的风扇性能更好,风量更大。从不同叶轮外径的风扇性能曲线来看,叶轮外径大的风扇性能较叶轮外径小的风扇性能更优。同时,计算并绘制了在相应工况下风扇的无因次性能曲线,其变化趋势与流量-压力性能曲线基本相同。最后,测试了同一款风扇在不同转速下的性能曲线,提高转速能明显增加微型风扇的风量。     

搅拌容器内氧气非均相传质过程的数值模拟

着重考察了搅拌器类型以及搅拌转速对氧气动态传质过程的影响,通过采用计算流体力学 (computational fluid dynamics,CFD) 对氧气动态传质过程进行了数值模拟,同时结合实验,对模拟结果进行了验证.结果表明,（1）采用Fluent软件并结合用户自定义方程（user defined function,UDF）能够很好地模拟出实际搅拌器内流场分布,模拟结果与采用粒子成像技术（particle image velocity,PIV）的实验测量结果相符;（2）采用氧气传质模型能预测氧气在搅拌器内的动态传质过程,同时氧气浓度与溶解时间的对数关系式能较好描述试验搅拌器内氧气动态传质过程;（3）在相同搅拌速度下,圆盘涡轮式搅拌器产生的湍流动能分布范围要大于桨式搅拌器产生的湍流动能,而且湍流动能分布更均匀,湍流强度更大.因此采用圆盘涡轮式搅拌器有利于增强氧气传质过程的进行;（4）在搅拌器类型相同时,随着转速的增加,容器内溶解氧浓度随之增加;圆盘涡轮式搅拌器比桨式搅拌容器内溶解氧的浓度要高,圆盘涡轮式搅拌器更有助于氧气的传质.