搅拌混合机理与设计研究

根据流体动力学理论和试验分析，研究湍流条件下的搅拌混合动力学问题。混合是在强制对流作用下经过主体对流、湍流扩散和分子扩散，最终达到分子级均匀混合。湍流条件下，湍流扩散主导宏观混合，分子扩散主导微观混合，而混合时间由宏观混合主导，G和knT可作为搅拌混合效果的综合设计参数，并通过试验分析进一步证实了该参数的可行性。     

新型内外组合桨搅拌湍流场的PIV测量和CFD模拟

利用PIV和CFD技术研究了湍流域内带有新型内外组合桨的搅拌设备内的流场。考察了不同转速比条件下,该搅拌桨产生的宏观流动场和湍动能分布。结果表明:在湍流域内,外桨搅拌行为的介入使得搅拌设备内流场的局部细节发生变化,但宏观流场结构不变。新型内外组合搅拌桨改善了搅拌罐内,尤其是罐体边壁区、罐底以及两内桨中间区域液体的湍动程度。当转速比较低时,有利于快速反应中介质的快速混合。     

穿流型搅拌器结构参数优化

在特定搅拌槽条件下,针对穿流式斜叶桨式搅拌器,在常用的最高转速300 r/min以内,就开孔位置、开孔率、开孔直径等结构参数进行了数值模拟.将搅拌器以及附近区域都设为动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,采用多重参考系稳态处理法,选用标准k-ε湍流模型求解搅拌流场.引入搅拌系数K,从混合效果和功率消耗两方面综合评价搅拌器的优劣.搅拌功率实验和分布时间实验较好地验证了数值模拟的结论.研究表明,相较于传统搅拌桨,穿流式搅拌桨因能强化涡流扩散、减小桨叶投影面,可获得更好的混合效果和更低的功耗,且随着搅拌转速的增大,功耗降低的越明显;搅拌功率和混合时间随开孔率和开孔直径而变化,当开孔率为12%左右、开孔直径为8 mm左右时,搅拌功率和混合时间最小,最为优化.     

微通道内湍流流动与换热模型的建立

根据湍流模型的理论基础及适用范围,分析在微尺度条件下,加入湍流黏性耗散的作用。利用连续性方程、动量方程和能量方程,建立雷诺时均化湍流流动模型;依据Prandtl混合长度理论,建立脉动项与时均项的微分方程;确定对流换热Nu数与比热、流体温度、摩擦系数之间的关系,推导其计算公式。     

混合传质限速步骤及评价指标混合因子

为提高水处理混合工艺的效能,须对混合传质进行有效控制及效果评价.通过动力学和数学分析,研究湍流条件下的物质扩散规律,提出亚微观扩散是传质的限速步骤,增加混凝剂投加均匀度可有效缩短混合时间(t),以n表示投药点数时,缩减系数为π2/(π+n)2;基于传统评价方法中存在的混合效率与能耗脱节的不足,提出并定义"混合因子(IH)"这一新参数,以度量单位能耗对混合剂扩散均匀程度的贡献度.作为一项反映混合效率与能耗的综合指标,IH可对不同混合装置的效能进行更为合理的评价与比较.     

孔隙气体在煤层中扩散的机理

分析了孔隙气体在煤体中的扩散模式和微观机理,得出在煤体中存在菲克型扩散、诺森扩散、过渡型扩散、表面扩散和晶体扩散几种扩散模式,并分析了抽放时瓦斯气体在煤层中的运移过程及其在煤微孔隙中的扩散过程,根据分子运动论,从微观上讨论了压强和温度对甲烷分子平衡自由程的影响规律,并解释了升高压强和温度增强甲烷气体在煤层微孔隙中扩散能力的机理,分析了前人测定的不同压力下瓦期在煤体中的扩散系数与分子平均自由程之间的关系,表明孔隙气体在煤微孔隙中扩散的宏观参数从根本上来看是由于分子微观参数的改变引起的。     

抛射式双轴混合制粒机混合机理及参数优化

通过固体颗粒在高速混合器内进行的搅拌混合的试验 ,研究了混合器内各结构参数与混合效果的关系 ,如筒体直径、主搅拌桨离筒底的间隙、主辅搅拌桨间距、辅搅拌桨离筒底的距离 ;分析了混合效果与各结构参数及操作参数的关系。通过固定1个物料体系 ,进行 3因素 (主搅拌桨转速、辅搅拌桨转速、混合时间 ) 3水平的正交试验。找出最佳混合参数组合 ,给出最适混合转速及最适混合时间。此型混合机与传统的混合装置相比大大缩短了混合时间 ,提高了混合效率、降低能耗。同时还具备制粒、干燥的功能     

抛射式双轴混合制粒机混合机理及参数优化

通过固体颗粒在高速混合器内进行的搅拌混合的试验,研究了混合器内各结构参数与混合效果的关系,如筒体直径、主搅拌桨离筒底的间隙、主辅搅拌桨间距、辅搅拌桨离筒底的距离;分析了混合效果与各结构参数及操作参数的关系.通过固定1个物料体系,进行3因素(主搅拌桨转速、辅搅拌桨转速、混合时间)3水平的正交试验.找出最佳混合参数组合,给出最适混合转速及最适混合时间.此型混合机与传统的混合装置相比大大缩短了混合时间,提高了混合效率、降低能耗.同时还具备制粒、干燥的功能.     

抛射式双同混合制粒机混合机理及参数优化

通过固体颗粒在高速混合器内进行的搅拌混合的试验,研究了混合器内各结构参数与混合效果的关系,如筒体直径、主搅拌浆离筒底的间隙、主辅搅拌浆间距、辅搅拌浆离筒底的距离;分析了混合效果与各结构参数及操作参数的关系。通过固定1个物料体系,进行3因素（主搅拌转速、辅搅拌浆转速、混合时间）3水平的正交试验。找出最佳混合参数组合,给出最适混合转速及最适混合时间。此型混合机与传统的混合装置相比大大缩短了混合时间,提高了混合效率、降低能耗。同时还具备制粒、干燥的功能。     

二维湍流扩散火焰的计算机模拟

在二维直角坐标系下,开发了包括湍流流动的K—ε双方程模型、燃烧反应的混合分数f和湍流燃烧浓度波动g方程的湍流燃烧扩散火焰的K—ε—g数学模型。用该模型模拟计算了给定条件的燃烧过程。在不考虑辐射作用条件下,给出了燃烧过程气体的速度场、温度场和浓度场的分布,并且得到了燃烧火焰的形状。     

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．     

分子筛催化剂晶化母液有效成分回收实验研究

研究了利用絮凝剂回收分子筛催化剂晶化母液中有效成分,通过利用紫外分光光度计定量测定了晶化母液和絮凝后清液的磷含量.通过单因素实验研究了絮凝剂用量、絮凝温度、搅拌时间和速度等因素对絮凝效果的影响,确定了最佳操作条件:20 mL原液加入2.6 mL浓度9%的H絮凝剂,温度控制在25℃,转速适中(1/3全速),搅拌8 min,静置3小时,絮凝效果最佳.     

固态发酵反应器流场数值分析及搅拌参数优选

为研究厨余垃圾固态发酵反应器中机械搅拌装置的搅拌流场特性及优选机械搅拌设计参数,采用计算流体力学技术(CFD)方法模拟5种机械搅拌桨型的混合流场,并对搅拌桨的桨径比、转速等参数通过搅拌功率、混合时间、混合能和死区百分比等指标进行定量分析.模拟结果表明:二折叶搅拌桨、六折叶涡轮搅拌桨死区百分比大,对物料扰动范围小,不能有效进行混合;双螺带搅拌桨死区百分比最小,对物料扰动范围最大,搅拌功率也最大.对于双螺带搅拌桨桨径,物料死区随桨径比的增加而减小,当桨径比增大至0.75后不再减小,而搅拌功率随桨径比增大而一直增大.对于双螺带搅拌桨,随着转速增加,搅拌功率呈直线式增加,混合时间以抛物线式降低,混合能逐渐增加.综合考虑混合效果和搅拌功耗,转速为20 r/min、桨径比为0.75的双螺带搅拌桨是本研究反应器中的最佳搅拌设计.     

混凝效果设计控制指标研究

从紊流结构分析混凝动力学机理,提出主流区的涡流扩散对混凝时间起主导作用,并导出了混凝综合控制指标,通过试验对经,进一步证实了该指标的实用性。     

搅拌捏合机搅拌轴螺杆外形曲线形成过程

用数学方法对搅拌捏合机搅拌轴螺杆外形曲线的形成过程进行了详细的推导,得出了主搅拌轴截面曲线形状公式。通过公式计算结果得出:①当清洁轴与主搅拌轴转速比为4时,搅拌捏合机具有良好的搅拌混合性能与制造工艺性;②搅拌轴螺棱间不发生干涉,优化了搅拌轴螺杆参数。     

Kinetics of nickel leaching from roasting-dissolving residue of spent catalyst with sulfuric acid

Sulfuric acid leaching process was applied to extract nickel from roasting-dissolving residue of a spent catalyst, the effect of different parameters on nickel extraction was investigated by leaching experiments, and the leaching kinetics of nickel was analyzed. The experimental results indicate that the effects of particle size and sulfuric acid concentration on the nickel extraction are remarkable; the effect of reaction temperature is mild; while the effect of stirring speed in the range of 400–1 200 r/min is negligible. Decreasing particle size or increasing sulfuric acid concentration and reaction temperature, the nickel extraction efficiency is improved. 93.5% of nickel in residue is extracted under suitable leaching conditions, including particle size (0.074–0.100) mm, sulfuric acid concentration 30% (mass fraction), temperature 80 °C, reaction time 180 min, mass ratio of liquid to solid 10 and stirring speed 800 r/min. The leaching kinetics analyses shows that the reaction rate of leaching process is controlled by diffusion through the product layer, and the calculated activation energy of 15.8 kJ/mol is characteristic for a diffusion controlled process. Foundation item: Project (50574101) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (2003UDBEA00C020) supported by the Collaborative Project of School and Province of Yunnan Province, China     

生物絮凝剂在处理洗煤废水中的应用

通过对白腐真菌的生物学培养特性研究,获得最佳培养条件：在转速160r／min、温度30℃、稻壳浸出液90mL、葡萄糖质量浓度35g／L、pH3．5的条件下,生长势最好;分析了煤水中煤泥颗粒组成,发现其粒度小于0．045mm的含量占55．93％,而大于0．25mm的含量仅占3．75％,说明煤泥水中细粒含量较多,靠自身重力难以沉降;探讨了pH、生物絮凝剂用量、搅拌方式和金属离子等单因素对煤泥水絮凝效果的影响,通过正交试验进一步优化了该菌所产絮凝剂对煤泥水絮凝效果的条件．结果表明当煤泥水质量浓度27．42g／L、助凝剂（CaCl2）质量浓度5．0g／L、二段式搅拌、pH11和絮凝剂体积浓度15mL／L时,其絮凝活性最佳,可达98．71％;进一步实验表明,絮凝活性物质绝大部分存在于细胞外,是微生物在发酵过程中菌体细胞产生的胞外分泌物．     

油田采出水混凝处理正交试验研究

通过正交试验对油田采出水混凝处理的主要影响因素及其水平条件进行试验研究。L16(45)正交试验结果表明,影响混凝处理过程的主要因素次序为:慢速搅拌转速>快速搅拌转速>慢速搅拌时间>快速搅拌时间>双药剂加药时间间隔,各影响因素的最佳水平条件分别为:慢速搅拌转速60r/min(对应速度梯度G值为190.84s-1,GT值为11 450.4),快速搅拌转速250r/min(对应速度梯度G值为27.86s-1,GT值为16 716),慢速搅拌时间10min,快速搅拌时间1min,双药剂加药时间间隔0.5min。     

高速车削钛合金刀具宏-介观扩散磨损特性

为了研究不同合金成分对刀具磨损的影响机理,利用宏-介观跨尺度关联法及分子动力学理论,采用YG8、YT15及YW2刀具高速车削钛合金,探明刀具宏观热力学特性及磨损特征,分析了三种材料在切削过程中原子群乱序程度,揭示了不同刀具材料原子群扩散特征.结果表明:YW2前刀面温度最高,原子群乱序运动类型已达到晶面解理,向内扩散程度高,扩散磨损严重;YG8和YT15原子群密度和能量稳定,原子群乱序运动类型为微裂纹扩展,向外扩散程度低,扩散磨损较小.三种材料刀具在高速车削过程中扩散磨损程度由高到低依次为YW2YT15YG8.