振动轴转速对双卧轴振动搅拌流场的影响

为研究双卧轴振动搅拌机搅拌筒内流场振动搅拌过程中固液混合流体瞬态流动情况,基于计算流体力学(CFD)提供的计算方法,结合动网格技术、欧拉多相流模型、Realizable k-ε湍流模型及离散相模型,采用C语言编写用户自定义程序(UDF),并将其动态链接到CFD中,在非稳态条件下数值模拟双卧轴振动搅拌机搅拌质量受振动轴转速、固相颗粒体积分数的影响规律,并在此基础上,进行了振动搅拌试验研究。结果表明:当搅拌轴转速为35 r/min、混合料颗粒体积分数为20%、颗粒直径分别为10 mm、20 mm和30 mm时,振动轴转速分别为960 r/min、1 460 r/min和1 800 r/min时其搅拌质量最佳;数值分析结果与试验结论基本一致,说明了数值计算结果的准确性和计算方法的可行性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

软磨料对电积钴表面油污去除机制研究

为清除成型电积钴块表面油污染并了解其去油机制,在滚筒摩擦磨损试验机上考察不同转速下不同体积比例磨料对油污染钴块表面的清洗效果以及磨损行为,采用扫描电子显微镜对钴块磨损表面形貌进行观察并分析磨损机制。结果表明:影响钴表面油污染去除效果的影响因素由大到小依次为转速、磨料类型和磨料与油污染钴块的体积比例;相同磨料体积比例下,转速越小则去油时间越短;相同转速与磨料体积比例条件下,稻壳对钴表面油污去除效果好于锯末。在文中试验条件下,转速为17 r/min、磨料与油污染钴块的体积比例为4∶1时,钴表面油污染清洗效果最佳。锯末对钴表面油污的去除以多周期重复疲劳机制为主,并伴随有显微切削机制;而稻壳对钴表面油污的去除是显微切削机制为主,伴有疲劳磨损机制。     

基于Fluent的陶瓷浆料搅拌槽的结构优化

采用Fluent软件对陶瓷浆料搅拌槽的内部流场经行了模拟.选用非结构化四面体网格,利用MRF模型和标准k-ε湍流模型,在稳态条件下模拟了不同桨型、不同桨叶离底高度及不同搅拌桨直径下的流场.模拟结果表明:24°三折叶桨所产生的轴向流流型比较适合固液搅拌操作;桨叶直径d=0.5D=250mm,离底高度C=0.25D=125mm时槽内流场分布比较均匀.     

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.     

轴承滚子接触疲劳寿命试验机的设计与验证

结合生产需求,研制了评价不同轴承滚子的接触疲劳寿命试验机。该试验机采用三点接触传动及加载方式,由计算机自动控制液压比例加载和变频调速,从而实现对不同直径、不同曲线类型的滚子进行接触疲劳寿命试验,设计滚子直径为15～30 mm,最高转速为15 000 r/min;试验载荷范围为2～25k N。选取了两种已知的不同曲线类型的滚子进行实验,通过对100 min和100 h实验数据分析,验证了试验机的科学性,为下一步的滚子设计和工艺改进,提供了新的实验手段。     

椭圆底封头十字形挡板搅拌釜内流场研究

以底部椭圆形封头十字形挡板搅拌反应釜为研究对象,采用Fluent软件分析搅拌桨流型、离底高度、直径、底部加装挡板及其高度和长度对该搅拌釜内流场的影响,利用标准k-ε湍流模型对其在单相流体水中产生的流场进行模拟。开展搅拌轴转矩的试验研究,并与模拟值进行对比。研究表明,径向流搅拌桨更适合于底部加装挡板搅拌釜流场的研究。与六直叶圆盘涡轮搅拌桨相比,六直叶开启涡轮搅拌桨更有利于反应釜内物料的悬浮及混合。搅拌桨离底高度取0.7倍液面高比0.6倍更合适。搅拌桨直径越大,轴向速度越大,反应釜中心部位形成的螺旋向上轴向流越明显。在十字形挡板高度或长度固定时,搅拌桨下部区域中心部位的轴向速度比其他部位大,搅拌釜内上桨、下桨叶区将形成一个循环。同等条件下,随着搅拌转速不断增大,搅拌轴转矩随之增大。搅拌轴转矩的模拟值与试验值的相对误差在10%左右,两者具有很好的一致性。     

基于FlUENT的单层直叶搅拌槽混合时间的数值模拟

搅拌槽广泛应用于化工、医药、废水处理领域,充分了解搅拌槽内部的流场信息、搅拌效果具有一定的实际的意义。针对广西某环保企业的搅拌槽模型,采用滑移网格模型(Mesh motion)、示踪剂浓度法、标准k-ε湍流模型对单层直叶桨式搅拌槽的混合时间和流场进行数值模拟。模拟结果表明:桨叶安装高度设置在距离罐高的1/2H位置时,流场分布均匀,加快罐内的介质混合且混合时间最短。     

高压比大推力离心压气机流场分析

基于CFD设计了一款转速60000 r/min、压比7、流量1.5 kg/s的大推力压气机,采用spalart-allmaras湍流模型和Navier-Stokes方程组对压气机叶轮内的气体流动及其工作范围进行了数值模拟,分析了60000 r/min转速时最高效率点附近的相对马赫数和流线云图,开展了非设计转速下的流场分析,计算了不同转速下的工况,研究了设计转速下叶轮入口处激波和射流尾迹的流动情况。研究结果表明：设计工况条件下,等熵效率为84.25%,压比为8.167;转速从48000 r/min到54000 r/min时,等熵效率提高,流场改善,气动损失减小;压气机转速从60000 r/min增加到72000 r/min时,压气机等熵效率、气动损失减小、稳定工作范围收窄;高压叶轮的主要气动损失为叶片表面的激波损失、叶尖间隙损失、二次流损失及吸力面尾缘的低能流体。     

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。     

沉淀搅拌槽三维流场数值模拟

使用计算流体动力学软件FLUENT对沉淀搅拌槽内的流场进行了数值模拟,分析了桨叶离底高度对三维流场的影响,进而利用模拟出的数据计算出搅拌轴的功率。结果表明:提高搅拌桨离底高度,有利于提高混合效果。     

加速寿命接触疲劳试验机的研制

介绍一种加速寿命接触疲劳试验机,主要包括驱动部分、实验部分和加载部分,附加装置中的热电偶、加速度传感器分别测量温度和振动。该试验机的特点是:接触应力较大(最大接触应力可达4GPa);转速高(最高转速为4100r/min);功耗小(0.5kW);还具有自动停机、自动计时、温度测试等功能。该机通过自行开发的Labview测试系统,可以实时采集试验的振动信号,从而准确判断不同时段摩擦表面的磨损情况。试验机润滑系统采用可控式滴油润滑方式,在节省润滑油的同时也避免了因润滑油过剩而引发的发热现象。该试验机不仅可对金属材料进行接触疲劳性能试验,还可以进行油品及润滑油添加剂性能评价试验。该试验机工作稳定可靠,试验效果良好。     

基于高速旋转的液压间隙密封性能分析

针对某风机的风量调节伺服缸,对高速旋转间隙密封在0～8000 r/min区间内不同转速下的泄漏量进行仿真分析,并根据不同转速区间内的泄漏量变化趋势进行了流场分析。通过不同转速区间内流场特点的对比,得出如下结论:转速的变化会影响流场内部流场分布,不同的转速区间内流场变化规律不同;在一定工况下,4500 r/min转速附近出现最小泄漏。     

基于工业废油场的螺旋搅拌桨结构设计及性能研究

针对螺旋搅拌桨的结构特点,在确定螺距比、盘面比和翼剖面形状等形状参数基础上,建立了螺旋搅拌桨的三维实体模型。借助Fluent软件,建立了螺旋搅拌反应器的三维流场模型,应用动参考系模型迭代求解。数值模拟了转速40r/min条件下,螺旋搅拌桨在工业废油场中的表面压强及流场速度分布。根据模拟得到的螺旋搅拌桨表面压强分布,应用ANSYS对螺旋搅拌桨进行了静力学分析,验证了结构的可靠性,为该螺旋搅拌桨的进一步性能优化提供了理论依据。     

钻杆转速对石油套管磨损的影响

为得到钻杆转速对石油套管摩擦磨损性能的影响,采用N80碳钢材料加工制作销盘,G105钢材加工制作销钉,在油基钻井液润滑条件下使用UMT摩擦实验机开展了套管摩擦磨损销盘实验.分析了销盘磨损速率、摩擦系数、表面形貌、磨损产物的组成以及不同钻杆转速下钻井液温度的变化.结果表明:在实际钻杆转速范围内(60 r/min～140 r/min),套管磨损率随着转速的增加先降低后逐渐增加;在较低转速下(60 r/min),套管磨损机理主要为氧化-磨粒磨损;在高转速下(140 r/min),套管表面磨损机理转变为腐蚀-磨粒磨损;钻杆转速越高,套管受腐蚀磨损越严重,套管失效风险增加.在中等钻杆转速80 r/min下,套管磨损率最低.研究结果可为钻井工程师、产品供应商和相关行业的制造商减少套管磨损提供参考.     

冲蚀磨损试验机的改进及实验研究

为模拟重介旋流器工况,合理评定内衬材料耐磨性,在旋转式浆体冲蚀磨损试验机的基础上,通过改进搅拌系统和试样安装方式,设计一种旋流式冲蚀磨损试验机。该试验机通过不锈钢+尼龙叶片二级搅拌系统实现了对浆料的均匀搅拌,在料桶内壁安装试样模拟了重介旋流器物料对内衬材料的冲蚀磨损工况,试验冲蚀角度范围为0°~90°。通过流体力学计算得出浆料对试样的冲蚀速度可达2.4　m/s,对纯铝的冲蚀磨损试验表明,试验机的数据重现性误差小于16%,稳定性误差小于17%。     

旋流式冲蚀磨损试验机的设计及实验研究

为模拟重介旋流器工况,合理评定内衬材料耐磨性,在旋转式浆体冲蚀磨损试验机的基础上,通过改进搅拌系统和试样安装方式,设计一种旋流式冲蚀磨损试验机。该试验机通过不锈钢+尼龙叶片二级搅拌系统实现了对浆料的均匀搅拌,在料桶内壁安装试样模拟了重介旋流器物料对内衬材料的冲蚀磨损工况,试验冲蚀角度范围为0°~90°。通过流体力学计算得出浆料对试样的冲蚀速度可达2.4 m/s,对纯铝的冲蚀磨损试验表明,试验机的数据重现性误差小于16%,稳定性误差小于17%。