气液两相流混合设备流场特性

利用有限元软件ANSYS Workbench 17.0对气液两相搅拌釜,在通气量分别为0.2 m~3/h和0.4 m~3/h以及同一搅拌转速120 rpm下的液相速度矢量分布进行分析。结果表明:上层桨附近的流场是相当经典的混合流型的特征,釜内底部下层桨附近流场是明显的径向流,釜内的整个流场分布是以搅拌轴作为中心轴呈轴对称分布。     

基于Fluent的流场数值模拟在制脂釜设计中的应用

基于Fluent平台,采用多重参考坐标法(MRF),以2#通用锂基润滑脂为工作介质,对桨框组合式双向搅拌脂釜内流场进行数值模拟。考察应用内外双向搅拌方式以及变形折叶桨时,制脂釜内宏观流场的分布特点,分析了折叶角θ、桨间距l和搅拌转速ω等参数的变化对流场的影响。结果表明,双向搅拌和变形折叶桨明显改善了物料流动状况;折叶角θ取45°时产生的流场分布较22°、60°更优;当桨间距l在(0.16~0.24)D范围内取值对流动特性和搅拌功率影响不大;内桨搅拌ωi转速高于200r/min后,提高转速无益于流场改善。     

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。     

底入式搅拌器流场的影响因素研究

通过对硫铵结晶底入式搅拌器流场的CFD数值模拟,分析了搅拌转速、搅拌桨半径对高效轴流式搅拌器流场的影响。研究表明,搅拌转速对搅拌釜内流场的分布形式影响较小,随着转速的增加,流量和功率随之增加,近似呈线性规律分布,搅拌器内流体具有较好的循环性能;随着搅拌半径的增大,搅拌器内速度分布逐渐均匀,搅拌桨对流体的剪切性能较好。     

生物搅拌反应器内混合情况的CFD模拟及在发酵中的应用

用计算流体力学(CFD)方法模拟了50 L生物反应器中不同的,搅拌桨组合对搅拌流场、混合时间的影响,并从流体力学角度对生物反应器搅拌桨组合进行了优化.将模拟优化结果用于重组大肠杆菌发酵过程,结果表明,优化后的搅拌桨组合可以改善发酵罐内部的流场和气体分布,能够明显降低获得相同溶氧所需的转速和最大通气量,而菌体生物量和产酶水平也略有提高.     

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。     

一种计算搅拌槽混合时间的新方法

基于对混合时间定义的思考,提出了一种新的定义方法,在湍流流场数值计算的基础上通过求解示踪剂的浓度输运方程,研究了单层涡轮桨搅拌槽内的混合过程。结果表明：搅拌转速和搅拌桨安装位置都影响混合时间的大小,而进料位置对混合时间的影响不大。对于不同的搅拌转速而言,随搅拌转速的增大,相同体积分数对应的混合时间逐渐减小。当搅拌桨安装在槽中间位置时所对应的混合时间最小。利用适宜的尺寸和安装位置的导流筒可有效降低混合时间。     

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.     

不同桨型组合淤浆聚合釜内固液悬浮特性研究

针对高密度聚乙烯搅拌式聚合釜物料体系,利用三叶后掠式搅拌桨HQ、抛物线圆盘涡轮式搅拌桨BTD、三宽叶旋桨式搅拌桨KHX、桨叶安放角δ分别为45°和75°的斜叶圆盘涡轮式搅拌桨ZY和平直叶圆盘涡轮式搅拌桨PY构成四种桨型组合,在直径T=480 mm的圆柱形有机玻璃搅拌槽内进行了固液悬浮实验。基于计算流体力学软件Ansys Fluent 2020R2,采用多重参考系法以及欧拉-欧拉多相流模型,研究了各桨型组合在30.71%固含率下的流场和固液悬浮状态。研究结果表明,转速小于250 r/min时,桨型组合2和3在搅拌槽内顶部会形成清液层;桨型组合1和4能在更低转速和更低功率的情况下达到物料的均匀混合状态,且桨型组合4比桨型组合1的功率消耗降低约30%,具有高效节能的效果。模拟获得的固含率分布趋势与实验所测数值吻合较好。模拟的流场表明桨型组合4和1的流型相似,可以有效避免桨型组合2和3在低转速下出现的清液层。     

流体流变性对错位六弯叶桨流场特性的影响

利用计算流体力学(CFD)的方法,以高黏牛顿流体和假塑性非牛顿流体为研究对象,对错位六弯叶桨在层流域的搅拌流场特性进行了研究。结果表明:数值计算得到的功率值与实验测量值吻合较好,搅拌雷诺数对假塑性流体搅拌流场的量纲一速度和切应变速率影响较大,因此提高转速对改变流场的速度及切应变速率分布是一个有效的办法;而流体的流变性只对假塑性流体的量纲一速度有明显影响,对切应变速率影响较小,当流变指数n<0.3时与n基本无关。当流动由层流向过渡流转变时,搅拌桨的流量准数及泵送效率有显著提高;假塑性流体的流变指数降低时,其泵送效率显著下降。研究进一步认识了错位桨在不同流体中的搅拌流场特点,为高黏假塑性流体搅拌桨的设计、应用以及开发新型搅拌桨提供了参考。     

卧式双轴T型搅拌器在牛顿流体中的功率消耗

以苯乙烯间规聚合反应过程为背景 ,采用卧式双轴 T型自清洁搅拌反应器 ,研究了它在牛顿流体中的搅拌功率和流型与转速、加料量的关系。实验结果表明 ,在层流区域 ,Np·Re=Kp 关系仍然成立 ,加料量对搅拌流型和搅拌功率影响较大。通过对实验数据关联得到牛顿流体功率准数关联式。     

搅拌流化床干燥器流体力学性能研究

分析对比了搅拌流化床和普通流化床的流体力学特性,研究了搅拌转速,物料直径,物料密度和床载量对搅拌流化床床层压降和临界流化速度的影响,提出了临界流化速度的准数关联式,计算结果与实验数据吻合较好。     

新型行星式搅拌器开发及性能研究

介绍了新型行星式搅拌器的结构和设计原理。该新型搅拌器有一个传动轴和数个行星叶轮组成,行星轮自转的驱动力来自液体阻力,行星叶轮自转速度的大小与公转速度、公转半径和自转半径有关,而与行星叶轮高度无关;自转方向与公转方向相反。测试采用IKA EUROSTAR power control搅拌装置和Labword软件,试验介质为水和甘油。通过对搅拌器的搅拌性能试验研究发现,流体质点的轴向流线为高速螺旋线,主要流型为径向流和轴向流,因此,在主轴转速较低的情况下被搅拌液体亦可获得满意的混合效果。通过对试验数据分析处理,得到测试用行星式搅拌器的功率准数、混合时间数、排液量和循环量等搅拌性能曲线及经验公式。     

搅拌对丁苯吡乳液聚合的影响

研究了搅拌对丁苯吡（简称ＶＰＬ）乳液聚合的影响。通过实验考察了不同搅拌器型式（折叶涡轮和Ｂｒｕｍａｇ－ｉｎ桨）和搅拌强度对ＶＰＬ浮液聚合流体混合、聚合反应速率、胶乳粒径和聚合稳定性的影响。结果表明,折叶涡轮搅拌器不适合ＶＰＬ乳液聚合,而Ｂｒｕｍａｇｉｎ桨比较适合ＶＰＬ乳液聚合;在ＶＰＬ乳液聚合中存在着最佳搅拌速度范围,并提出了最佳的搅拌控制方法。     

偏氟乙烯乳液聚合的气液传质效果影响因素研究

推导了表征气液传质效果的K值计算方法,并研究了聚合釜装填量、搅拌桨型和转速等因素对气液传质效果的影响。结果表明,随着聚合釜装填量和搅拌转速的增大,K值增大,气液传质效果提高;在搅拌转速大于500r/min的情况下,桨型采用上层二叶平桨、下层二叶斜桨的方式明显比单层的二叶斜桨或二叶平桨的K值大,气液传质效果好。确定了5L釜偏氟乙烯(VDF)乳液聚合必需的良好搅拌效果的条件:装填量3L,搅拌转速700r/min,桨型采用上层二叶平桨和下层二叶斜桨;VDF聚合速率达到115g/(L·h),合成出固体质量分数20%、粒径分布窄、稳定性好的聚偏氟乙烯(PVDF)乳液。     

Effect of various parameters on the level of mixing in continuous flow systems

Variations of the level of mixing in a flow system have been investigated as a function of the following parameters: diameter, shape and speed of the agitator, feed rate and position of the feed inlet. At agitator speeds inferior to a critical value, a minimum level of mixing is observed which depends on the position of the feed inlet. At speeds superior to the critical value, the level of mixing increases linearly with agitator speed, at a given feed rate, until conditions of perfect mixing are reached. The critical agitator speed and the position of each straight line depend on the agitator size. A modified Reynolds number makes possible a more general correlation. At a given agitator speed, superior to the critical value, the level of mixing decreases as the feed rate increases, due to the smaller amount of energy imparted by the agitator per unit mass of feed. The effect of agitator shape on the level of mixing is rather pronounced as it affects the flow patterns inside the reservoir.     

搪玻璃反应釜流场特征的数值模拟

为了研究化工行业中常用的搪玻璃反应釜内的流场特征,用UG(Unigraphics)建立实际搅拌釜的三维简化模型,然后导入Gambit中进行网格划分,最后应用Fluent数值模拟,得到了不同转速、流体介质和搅拌形式下反应釜的流场特征并进行对比分析。结果表明:转速改变,流体的速度和压力分布情况相同,仅仅是数值上有所改变,转速的增加使得搪玻璃温度计套表面所受压力增加;不同流体介质下,流体的流场有所差别,粘性较大的流体介质流场速度扩散相对要差,搪玻璃温度计套所受压力较小;对比3种不同搅拌形式(桨式、叶轮式和框式)下的流场发现,叶轮式搅拌器比桨式的流体速度扩散要好,框式搅拌器的流体速度分布最均匀,但是框式搅拌釜流场中搪玻璃温度计套所受压力也最大。     

Mechanically Agitated Fluidized Bed Drying of Cohesive Particles at Low Air Velocity

The drying of micrometer-sized, cohesive particles belonging to the group C type materials according to Geldart's classification is always challenging. An agitated fluid bed dryer (AFBD) of pilot-scale capacity was designed to study the effect of the type of agitator and its speed, gas velocity, and inlet temperature and feed loading on the hydrodynamic performance of the AFBD. Key hydrodynamic parameters such as pressure drop have a profound influence on determining the fluidization characteristics. The pressure drop across the AFBD system was expressed in terms of flow coefficient, ξ, which can be conveniently used as a design parameter. The choice of agitator has an even greater influence on the drying kinetics and the results have been summarized, paving the way for a more efficient spiral agitator of the helical ribbon type.     

搅拌对桉木浆与甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝共聚的影响

采用铈盐和Fe2+-H2O2-二氧化硫脲两种引发体系引发甲基丙烯酸缩水甘油酯与漂白化学桉木浆接枝共聚,研究了搅拌对接枝共聚的影响。搅拌作用的强弱是由搅拌转速、反应器容积和搅拌桨大小共同决定的,三者都对接枝共聚有很大影响,三者有机组合后获得合适的搅拌强度对接枝共聚是极为重要的。除了铈盐引发接枝时环氧基水解率受搅拌转速的影响较大外,两种引发体系下搅拌对接枝的影响规律非常相似。     

粘性体系中微观混合实验研究

体系粘度是影响微观混合质量的重要因素。文章在粘度为0.001—0.077 Pa.s的甘油-水溶液中采用碘化钾-碘酸钾平行竞争反应研究搅拌釜中粘性体系的微观混合状况,分析泛能式桨的混合能力。结果表明:随着体系粘度的增加,微观混合效果变差;搅拌转速增加,微观混合效果变好。粘性体系内微观混合质量受到“涡旋卷吸”与“分子扩散”的共同影响。低粘条件下,二叶平桨混合效果优于泛能式桨;粘度增大,单位体积功增大时泛能式桨微观混合效果优于二叶平桨。