错位六弯叶搅拌槽内假塑性流体的混合特性

在直径为0.21 m的搅拌槽内,使用FLUENT?软件对错位六弯叶桨的流动场及混合性能进行了数值模拟.工作介质分别选用牛顿流体(水)和假塑性流体1.0%(wt)黄原胶水溶液,计算采用标准κ-ε湍流模型,并将牛顿流体的速度场分布与粒子图像测速仪(PIV)实验结果进行了比较.通过与标准六弯叶桨进行对比分析,阐述了错位桨用于假塑性流体搅拌时在混合速率和混合效率方面的特性.结果表明:速度矢量的计算值与 PIV 实验数据吻合较好,湍流模型的计算结果可靠;混合过程与流场结构密切相关,监测点位置对浓度变化有较大影响.错位六弯叶桨的混合时间数明显小于标准六弯叶桨,混合速率更高,同时错位六弯叶桨的混合效率大大高于标准六弯叶桨,单位体积混合能只有标准六弯叶桨的52%,具有节能功效,体现出错位桨的优越性.     

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。     

各向异性k-ε湍流模型在Rushton桨搅拌槽三维流场整体数值模拟中的应用

根据搅拌槽内的流动呈各向异性的特点,引入适用于强旋转流场的各向异性k-ε湍流模型,用改进的内外迭代法对有挡板的Rushton桨搅拌槽进行了整体数值模拟.利用文献中对搅拌槽内流场测定结果,给出了适用于Rushton 桨搅拌槽的各向异性湍流黏度系数值.模拟计算得到了搅拌槽内的流场分布和脉动速度分布,并同标准k-e湍流模型计算结果及文献数据进行比较.结果表明,各向异性k-ε湍流模型能成功反映Reynolds应力、湍流动能等湍流特征量,明显优于标准k-ε湍流模型.     

各向异性k-ε湍流模型在Rushton桨搅拌槽三维流场整体数值模拟中的应用

根据搅拌槽内的流动呈各向异性的特点 ,引入适用于强旋转流场的各向异性k -ε湍流模型 ,用改进的内外迭代法对有挡板的Rushton桨搅拌槽进行了整体数值模拟 .利用文献中对搅拌槽内流场测定结果 ,给出了适用于Rushton桨搅拌槽的各向异性湍流黏度系数值 .模拟计算得到了搅拌槽内的流场分布和脉动速度分布 ,并同标准k -ε湍流模型计算结果及文献数据进行比较 .结果表明 ,各向异性k -ε湍流模型能成功反映Reynolds应力、湍流动能等湍流特征量 ,明显优于标准k -ε湍流模型 .     

四叶片倾斜涡轮结晶器内流场和浓度场模拟

利用计算流体动力学(CFD)方法计算了四叶片倾斜涡轮结晶器内流体混合过程的流动场和浓度场,考察了搅拌桨在不同位置对搅拌混合流场及混合时间的影响,并结合电导率实验对模拟结果进行了验证.结果表明:当搅拌桨离底高度为液体高度的1/3时,结晶器内流场分布比较均匀,混合时间较短,适合工业上底部进料的结晶器.     

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。     

干式发酵搅拌器流场数值分析及结构参数优选

为了研究干式发酵搅拌器的搅拌效果,通过流体力学软件Fluent,采用动网格模型和多相流模型对干式发酵搅拌器中的混合过程进行了数值模拟,考察了搅拌转速、搅拌桨长和搅拌桨层数等因素对搅拌功率、混合时间、混合能和扩散流场的影响。研究结果表明,降低搅拌转速,有利于减小搅拌能耗,提高混合效率,但从工程效率角度,搅拌转速的选取不宜低于3 r/min;当搅拌桨长为1 200 mm时,搅拌的混合效率最高;当搅拌器搅拌转速大于6 r/min时,三桨搅拌器混合效率高于四桨搅拌器。     

双层涡轮桨搅拌反应器内混合时间的大涡模拟

采用计算流体力学(CFD)方法对直径为0.476m双层涡轮桨搅拌反应器内的流动及混合进行了数值模拟,并实验测试了混合过程。利用大涡模拟(LES)及Smagorinsky-Lilly亚格子模型求解湍流流动与示踪剂传递过程,桨叶区域采用滑移网格技术。研究结果表明,大涡模拟得到的示踪剂响应曲线和混合时间与实验结果吻合良好,其预测精度明显优于基于雷诺平均(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的标准k-ε模型的模拟结果。大涡模拟是研究搅拌反应器内非稳态及周期性湍流流动的有效方法。     

小型反应釜单、双层搅拌桨流场数值模拟比较

小型搅拌釜是实验室常用反应设备。采用CFD数值模拟的方式,采用SST湍流模型,采用多重参考系法分别对单层和双层搅拌桨小型搅拌釜的流场进行模拟,比较两种搅拌桨模型的桨叶区速度场、湍流强度分布以及线速度分布等预测结果,筛选适合小型反应釜的搅拌桨设计。     

两种不同挡板的双层桨搅拌槽三维流场数值模拟

采用CFD方法分别对三角形挡板和长方体空心挡板的双层斜直叶桨搅拌槽在水中产生的三维流场进行数值模拟,选取多重参考系法和标准k-ε湍流模型进行模拟,对两者的轴向平面速度场和时均速度分布进行了详细的对比分析,研究结果对搅拌槽的设计和实际应用具有重要的参考价值。     

搅拌槽内多相流动数值模拟研究进展

综述了过程工业中广泛应用的搅拌槽反应器内多相流动数值模拟研究的进展.讨论多相湍流模型、相间作用力模型及搅拌桨处理方法等重要的数值模拟技术和方法,并对有关的计算模型进行了比较分析.针对搅拌槽内的各种多相体系,论述了不同研究者在桨区处理、相间动量传递描述和分散相的引入对体系湍流特性影响等方面的模拟方法并对结果作了比较.提出了需要进一步深入研究的课题.     

对二甲苯晶体悬浮特性模拟与遗传算法优化

为明确对二甲苯在结晶器内部悬浮结晶时的流动与悬浮特性,采用欧拉-欧拉多相流模型及多重参考系模型,模拟研究了对二甲苯悬浮结晶过程,并分析了晶体粒径与搅拌桨转速等操作参数对晶体悬浮流动特性的影响。结果表明:晶体在结晶器内部进行内循环流动,其体积分数自下而上逐渐递减并趋于稳定;晶体分布情况与其粒径大小有关,粒径越小,分布越均匀,悬浮情况越好;当搅拌桨转速由160 r/min升至300 r/min时,晶体悬浮情况快速改善,在300 r/min后随着转速进一步增大,悬浮情况逐渐稳定。最后基于目标遗传算法,对结晶器内晶体不均匀度进行优化,得到了最优的操作参数工况点,与原始条件相比,在优化后的工况点进行结晶生产,不均匀度由0.254 3降低至0.175 9,性能提高44.57%。     

半弧面斜叶桨的流体力学性能与氧传质特性

氧传质系数是气液搅拌反应器设计的关键参数,研究新型搅拌桨的氧传质性能对气液两相搅拌反应器的强化有着重要的意义。本文实验研究了气体分布器、搅拌转速、气量对氧传质系数、搅拌功耗及气含率的影响,结果表明,氧传质系数随搅拌转速和气量的增加而增加;并建立了氧传质系数与搅拌功耗和表观气速的经验公式,为进一步放大应用提供了基础。采用欧拉-欧拉多相流模型及群体平衡模型对半弧面新型斜叶桨进行了计算流体力学（CFD）数值模拟研究,模拟研究了不同结构、搅拌转速、气量下的流体力学性能和氧传质系数,模拟计算结果与实验值的相对偏差在20%以内;这为研究这一半弧面新型斜叶桨提供了一种可靠的数值模拟方法;优化了半弧面新型斜叶桨的结构,提高了搅拌釜的氧传质效率。     

在役涡轮搅拌桨混合过程流热耦合有限元分析

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k-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,大型搅拌反应装置采用搅拌桨通蒸汽加热方式,能够使搅拌槽温度分布更加均匀,热量扩散更加迅速。     

无挡板涡轮桨搅拌槽内湍流流动的分离涡模拟

采用分离涡模型对无挡板涡轮桨搅拌槽内的湍流流动进行了研究,重点分析了流场结构和速度分布,以检验该模型模拟搅拌槽内流体流动的有效性和正确性. 为了加快收敛,先采用标准k-e模型进行稳态流场计算,并以此结果为初始值进行分离涡模拟. 与现有文献大涡模拟及实验结果对比表明,分离涡模型能捕捉槽内流体的瞬时流动特征,获得的时均速度分布与大涡模拟及实验结果吻合较好,其中对切向速度分布的预测误差不超过7%,对径向速度分布的预测精度则低一些,局部误差接近12%. 分离涡模型适用于无挡板涡轮桨搅拌槽内湍流流动的模拟,能获得与大涡模拟相近的结果,且计算量更小(约为大涡模拟的1/3).     

基于CFD对DTB结晶器内搅拌桨构型的优选

使用计算流体力学(CFD)数值模拟的方法,以单相流模型为基础,对DTB结晶器内的搅拌桨构型进行了优选。首先以20℃的水为介质模拟了搅拌槽内特定转速下的功率准数并与实验值进行了对比,较好地符合实际情况;后考察了DTB结晶器内3种不同的桨型、同种桨不同安装高度、双层搅拌桨不同安装间距对结晶器内速度、剪切速率、功率消耗及介质质量流率的影响。结果发现,此结构下的DTB结晶器,四斜叶桨性能总体要优于三叶推进桨和六直叶涡轮桨;搅拌桨安装高度为H/4时的性能要优于安装高度为H/3及H/5;双层搅拌桨时,搅拌桨间距较小时性能相对较好,但是此DTB结晶器中双层搅拌桨较单层搅拌桨的优点并不显著。     

卧式单轴捏合反应器流动与混合特性的数值模拟

选取卧式单轴捏合反应器为研究对象,搭建了一个可视化实验装置来研究其分布混合过程,并且通过三维有限元数值模拟方法和网格重叠技术获取了高黏牛顿流体在反应器中的流速分布、剪切速率分布与混合指数分布,进一步采用粒子示踪技术分析了全局与局部分布混合过程,对示踪粒子的运动轨迹进行统计分析得到了拉伸率与混合效率,并且考察了搅拌结构对流动与混合过程的影响。结果表明,实验与数值模拟结果吻合较好。捏合反应器中几乎不存在流动死区,搅拌轴上的动态捏合杆与搅拌槽壁面上的静态捏合杆之间存在周期性的捏合作用,可以强化自清洁性能、剪切作用、整体与局部分布混合过程、分散混合性能以及混合效率。拉伸率随着混合时间以指数形式增加,时均混合效率大于零。     

用改进的内外迭代法数值模拟Rushton涡轮搅拌槽流场

在有挡板的搅拌槽中，受搅拌桨驱动的液体在挡板的作用下会产生复杂的三维湍流流动.利用“快照”法思路和改进的内外迭代法及k–e湍流模型对Rushton涡轮有挡板的搅拌槽进行了整体数值模拟. 同文献中的实验数据进行了比较，模拟值同实验值基本吻合. 改进后的内外迭代法不依赖经验公式和实验数据，有一定的通用性.     

轴流桨搅拌槽内完全湍流的研究

为研究轴流桨搅拌槽内完全湍流状况,采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对MK和ZHX搅拌器进行流场测试,得到不同工况下的时均速度场分布.应用渐近不变性方法,选取适当的特征尺度,给出挡板处壁面射流的轴向速度相似剖面,确定用于评定槽内完全湍流界限的轴向速度分布曲线,建立了搅拌雷诺数与搅拌槽内完全湍流流动达到的高度之间的线性关系.结果表明,非全槽完全湍流状态下,槽上部会出现过渡流区;随雷诺数的增大,搅拌槽内完全湍流流动达到的高度增大;不同型式搅拌器的完全湍流流场所需的雷诺数不同,单层桨搅拌槽内达到全槽完全湍流需要很大的搅拌功率.     

搅拌反应器内气液两相流的CFD研究进展

搅拌式气液反应器因其操作灵活、适用性强等优点,在过程工业中应用广泛.综述了采用计算流体力学CFD技术对搅拌反应器内气液两相流动行为的数值模拟研究.Euler-Euler双流体模型作为主要方法用于描述气液两相流动,在其基础上耦合相对简单的气泡数密度函数模型或复杂的群体平衡模型,可较为准确地预测搅拌反应器内气泡尺寸和局部气含率及其分布规律.CFD模拟结果可用以分析和评价不同搅拌桨叶、搅拌桨组合和气体分布器的气液分散性能,对气液反应器的结构优化和过程强化提供了有效手段.