用PIV技术测定双轴搅拌釜的流场

利用 PIV (即粒子图像测速 )来测量双轴搅拌釜的流场 ,并以此分析该搅拌器的搅拌特点和一般规律及适合工况。     

卧式搅拌釜放大设计

以反应器非几何相似、流体混和参数相近的放大准则设计了500L 卧式釜搅拌桨。该釜用于四氟乙烯分散聚合生产结果表明,与立式釜相比,具有反应时间短、分散液固相浓度高,树脂质量好等一系列优点。     

高黏度流体混合研究进展

综述了近20年来高黏度流体混合领域的研究进展,阐述了文献中常用实验物系的选择、流变特性的描述及混合性能的研究评价方法等;介绍了高黏度物系搅拌混合设备的主要类型:立式、卧式及单轴、双轴等,以及各种形式搅拌混合设备的研究成果。指出今后仍需进行深入研究的领域:同轴异速、双轴异速、立式搅拌设备及卧式搅拌装置中的桨型优化及混合性能评价;CFD在高黏度混合领域的研究仍有待深入。     

搅拌釜内液-液混合溶析沉淀法制备纳米姜黄素颗粒

研究了在搅拌釜内利用溶析沉淀法制备姜黄素纳米颗粒的过程,分别探讨了搅拌釜尺寸、搅拌形式、初始浓度以及搅拌转速对制备结果的影响。通过平面激光诱导荧光技术定量测量釜内液液混合行为,揭示了流体混合环境的控制是决定溶析沉淀产品过程的关键因素。实验表明,搅拌速度过低无法保证流体混合效率,将导致颗粒黏结;搅拌速度过高带来颗粒与流场的强剪切作用,引起颗粒破碎;局部过饱和度过大,引起颗粒的生长和聚团。搅拌釜内纳米颗粒制备需提供适度强化的流体混合环境。     

双轴表面更新型搅拌釜中高粘牛顿流体与非牛顿流体的功耗

实验测定了双轴表面更新型卧式釜中采用三种不同形式的搅拌桨、多种桨间距、广泛的粘度范围内牛顿流体和非牛顿流体的功率特性;统一关联了牛顿流体与非牛顿流体的搅拌功耗,得到:N_PRe=C(l/D_f)~(-1)(V_L/V~*)~D式中的C、D是搅拌桨的结构参数.实验结果还表明,该装置的Metzner常数是转速的函数.     

合成橡胶聚合釜的技术进展

从聚合反应工程的角度对合成橡胶聚合釜的技术进行了评述,介绍了国外合成橡胶聚合釜搅拌技术的进展概况,并指出我国目前的开发重点为:a.刮壁式搅拌浆的工业化开发,特别是在顺丁橡胶聚合釜中的应用;b.同轴线双轴异浆异速组合式浆,特别是外层带刮板的组合粟的开发;c.适用于特高粘度体系,如本体聚合,聚合物的脱挥发分过程等的卧式单轴或双轴自清洁式搅拌装置的开发;d.沸腾换热技术和搅拌浆叶内通冷却介质技术在聚合釜领域的推广应用。     

多叶片组合式搅拌桨釜内流动特性和混合性能研究

开发可适用于较宽黏度范围的搅拌桨，强化釜内的流体流动和混合过程对于搅拌釜的节能增效具有重要的意义。实验与数值模拟相结合，在大涡模拟层面研究了多叶片组合式搅拌桨（MBC桨）从层流到湍流状态下，釜内的功率特性、流场分布、湍流特性和混合性能。结果表明：预测的功率曲线与实验结果一致；层流状态下釜内以切向流动为主，随着Reynolds数（Re）的增大，釜内轴向和径向流动逐渐增强，当Re达到486时，速度场分布与湍流状态下基本一致；在相同的能耗水平下，MBC桨对高黏度流体的混合性能优于商业Maxblend桨。桨叶的分散组合布置，强化了釜内的轴向和径向流动，使得MBC搅拌桨在从过渡流到湍流状态下均可实现较大的轴径向流动，湍动能分布较为均匀，混合过程显著加快。     

搅拌釜流场测试系统的开发

针对搅拌釜流场研究的需要,研究开发了基于粒子图像测速技术的搅拌釜流场测试系统,并用该测试系统对自行设计的搅拌釜流场进行了测定。     

大型侧进式搅拌釜内湍流流场的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)技术对直径和高度均为13 m的大型侧进式搅拌釜内均相宏观流场进行数值计算。结果表明,将计算域划分为大约90万网格时,计算得到的搅拌功率曲线与实验数据吻合较好;考察不同操作转速、搅拌桨安装角度及个数对釜内低速死区分布的影响,发现增大搅拌转速很难有效地消除水平面上的死区;搅拌桨垂直向下5.71°或水平偏转11°安装能明显改善流体运动。三桨和四桨搅拌体系对釜上部流场的优化要好于两桨体系;但在相同转速下,双桨、三桨和四桨搅拌釜的搅拌功耗分别是单桨搅拌釜的1.2倍、2.3倍和3.4倍。综合考虑,三桨体系搅拌效率较高。最后采用组分模型计算得到不同转速下三桨釜的混合时间。     

PIV在化工搅拌釜内流动测量中的应用

着重探讨了新一代全场光学测速技术——粒子图像速度场仪(PIV)在搅拌混合实验中的应用,指出PIV及其衍生的测速技术在搅拌混合实验研究中具有广泛应用前景。PIV流场测量结果兼具很高的空间分辨率和时间解析度,可以得到搅拌釜中混合流体的瞬时2D或3D速度场以及浓度场等信息,进行非定常湍流特性研究,有助于建立搅拌釜内多相流动模型,揭示搅拌混合作用机理,优化搅拌桨型设计,促进搅拌混合技术的进一步发展。     

煤浆混合槽混合性能的数值模拟

利用计算流体力学(CFD)方法研究煤浆混合槽的混合性能。采用Fluent 6.2计算软件,选用多重参考系法(MRF)、RNGk-ε湍流模型以及混合物多相流模型,对卧式煤浆混合槽的内部流动情况进行数值模拟,得到了湍流强度、湍动能、压力、速度分布以及出口各相分布等混合性能。模拟结果与实验结果进行了初步比较,吻合较好。研究结果表明,混合时在挡板和搅拌浆叶之间产生漩涡,有利于防止物料堆积,使混合更均匀。     

搅拌槽混沌混合研究进展

介绍了层流状态下搅拌槽内普遍存在的混合隔离区,它的存在成为混合的一大障碍,而混沌混合的提出和应用极大地提高了混合效率.阐述了混沌混合的基本原理是通过动力学扰动的方式破坏流体颗粒运动轨迹的周期性.同时介绍了截止到目前关于搅拌槽内混沌混合的方法,主要有变速搅拌、偏心搅拌、往复搅拌等,对这些方法的数值模拟和实验研究结果都证明,混沌混合能很好地改善搅拌槽的混合效果,与传统的稳态搅拌方式相比,混沌混合具有很大的优越性.     

氨碱法蒸馏系统300 m3预灰桶搅拌桨流场数值模拟分析

氨气蒸馏是氨碱法生产纯碱的重要工序，其中预处理设备预灰桶的搅拌混合效果会直接影响蒸氨效率。因此，系统研究预灰桶内的流场分布，对纯碱工业的发展具有一定现实意义。基于流体力学对预灰桶内流体流动情况进行了计算，分析了工业常用吊链式搅拌桨预灰桶内流场分布。吊链式搅拌中流体以切向流为主，混合效果差。进一步对预灰桶搅拌桨叶进行了选型，分析了斜叶桨、六斜叶圆盘涡轮桨和六直叶圆盘涡轮桨3种桨型以及不同搅拌层数的流场分布，结果表明双层六斜叶圆盘涡轮桨混合效果最好。研究结果对氨碱法制碱工业中预灰桶搅拌设备的选型和设计提供了参考。     

刚柔组合搅拌桨与刚性桨调控流场结构的对比

高黏度流体处于层流状态时,普遍存在的混合隔离区,降低了流体的混合效率。减小或消除隔离区,是实现流体高效混合的基本途径。采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对刚性六直叶涡轮桨（刚性桨）和刚柔组合六直叶涡轮桨（组合桨）的流场结构进行研究,对比分析了两种桨叶在相同功耗（3 kW·m^-3）时的轴向、径向和切向的速度矢量图、速度云图以及速度分布散点图。结果表明,刚性桨的能量集中在桨叶尖端部分,远离桨叶区域的流体速度很小甚至为0 m·s^-1;而组合桨可将能量从桨叶尖端扩散至全槽,使槽内流体均具有一定的流速,提高了混合效率,且显色实验与数值模拟结果一致,组合桨体系的混合隔离区在短时间内就可消除,混合良好,而刚性桨体系的混合隔离区始终存在,混合效果不佳。     

Experimental and Numerical Studies of the Flow Field in a Stirred Tank Equipped with Multiple Side‐Entering Agitators

The flow field and the macro‐mixing process in a stirred tank equipped with four side‐entering agitators were investigated experimentally and numerically. Experiments were conducted using two‐dimensional particle image velocimetry (PIV) measurements to characterize the flow field at different positions in the vessel. The computational fluid dynamics (CFD) simulation was performed by the software Fluent 6.3, using the standard k‐ϵ turbulent model and the multiple reference frame together with the sliding mesh technique. The macro‐mixing process was also discussed using CFD and decolorization experiments. The effects of the tracer detection positions and some mounting parameters in the mixing system were discussed. The results show that the mixing process was dominated by the flow field pattern in the stirred tank. According to the mixing times under different conditions using CFD simulation, the mounting parameters including inclination angle, plunging length and mounting height of the shaft were optimized.     

卧式双轴自清洁反应器粘性体系停留时间分布

在粘性体系中以茜素红为示踪剂,采用紫外光测试技术研究了卧式双轴自清洁反应器中的停留时间分布(RTD),利用返混模型对实验条件下的RTD及返混系数进行了模拟计算,得到了返混系数与雷诺数的关联式。结果表明,反应器的RTD受物料流速、搅拌速率及物料粘度等因素的影响,体系粘度增加返混系数减小;在实验范围内,基于返混模型的计算结果与实验结果基本相符。     

错位刚柔桨强化搅拌槽内流体混合实验及数值模拟

为消除搅拌反应器中混合隔离区，对标准刚性桨（R-RT）、错位刚性桨（PR-RT）和错位刚柔桨（PRF-RT）三种桨叶体系的流体混沌特性参数、流场结构以及流体运动速度进行了探讨。采用Matlab软件编程计算最大Lyapunov指数（LLE）和多尺度熵（MSE），通过计算流体力学研究了三种桨叶体系流场结构和流体运动速度的差异。实验及计算结果表明，错位刚柔桨通过柔性桨叶的随机扰动破坏了隔离区介稳态流场边界，较大程度地消除了混合隔离区。PRF-RT的LLE相比于R-RT和PR-RT分别提高了13.29%和7.25%，MSE也较PR-RT和R-RT大；PRF-RT增强了流场不稳定性，形成了不对称性流场结构，减少了隔离区分布范围；PRF-RT强化桨叶能量耗散，提高了搅拌槽底部、顶部液面以及搅拌槽壁区域流体运动速度，减小了流体混合时间。     

Experiment and numerical simulation of chaotic mixing performance enhanced by perturbed rigid-flexible impeller in stirred tank

To eliminate the isolated mixing regions in the stirred tank, factors associated with chaotic mixing performance were studied, including flow field structure and fluid velocity of rigid RT impeller (R-RT), perturbed rigid RT impeller (PR-RT) and perturbed rigid-flexible RT impeller (PRF-RT). The maximum Lyapunov exponent (LLE) and multi-scale entropy (MSE) were calculated by using Matlab software programming, and the differences in flow field structure and fluid velocity of the three blade systems were studied through computational fluid mechanics. The experimental and computational results showed that perturbed rigid-flexible RT impeller could destroy the boundary of the mesostatic flow field in the isolated mixing regions and the symmetry flow in the process of fluid mixing through the random disturbance of the flexible blade, eliminating the isolated mixing regions. At 90 r/min, the LLE of the perturbed rigid-flexible RT impeller is larger than that of rigid RT impeller and perturbed rigid RT impeller. The LLE of the rigid-flexible RT impeller compared with the rigid RT impeller and perturbed rigid RT impeller increases 13.29% and 7.25% respectively and the MSE of the perturbed rigid-flexible RT impeller is also larger than that of rigid RT impeller and perturbed rigid RT impeller. The perturbed rigid-flexible RT impeller enhances the flow field instability, forms an asymmetric flow field structure, and reduces the distribution range of isolated mixing regions. The perturbed rigid-flexible RT impeller enhances the energy dissipation of the blade, improves the fluid velocity at the bottom and top of the tank and the wall of the tank, and reduces the mixing time.     

偏心空气射流双层桨搅拌反应器流场结构的分形特征

搅拌槽内流场分为混沌混合区和隔离区。为提高搅拌槽内流体的混合效率、降低搅拌过程的能耗,调控流场结构特征是重要的途径。结合图像处理软件,实验研究了偏心空气射流双层桨搅拌槽内空气-水体系的流场结构分形维数的变化规律。实验结果表明,流场结构分形维数受搅拌转速和空气流速的共同作用;偏心空气射流能改变流场结构分形维数,使流体混沌混合特性增强;机械搅拌转速增大,能改变射流场的拟序结构,提高气液混合效率。     

搅拌槽内三相流场混合时间的测定及模拟研究

混合时时间是评定搅拌设设备混合效率的重重要指标,为了了检测带有挡板和和导流筒的搅拌槽槽内液-固-固三相相流场的混合时时间,以甘油溶液液为液相,砂子和和赤泥为固相建立立了流场体系,采采用电导法测量体体系的混合时间。并对流场进行行了计算流体动力力学(CFD)模拟研研究,CFD模型采用基于欧拉多多相流模型和RNNGκ-ε湍流模型。流场混合时间间模拟结果与实验验结果的偏差较小小,说明该CFDD数学模型能很很好地预测流场的的混合时间。体系系的混合时间随随搅拌转速的增大大而减小,当流场场的轴向混合占主主导地位时,增设设导流筒可减小小流场的混合时间间。导流筒对于粒粒径和密度较小的的固体影响较大。。