种分槽搅拌桨搅拌性能的实验测试与模拟分析

从实验测试和计算流体力学数值模拟两方面同时对搅拌桨搅拌槽内部流场进行对比分析,考察不同桨叶离底距离、桨叶直径以及桨叶层间距下的颗粒浓度分布规律以及搅拌桨功率消耗。结果表明,转速一定时,桨叶直径越大越有利于颗粒悬浮,搅拌功率越高。提出了相对最佳桨径与槽径比D/T,过高或过低的桨叶离底距离都不利于颗粒悬浮,提出了相对最佳离底距离与槽径比C/T,桨叶离底距离对功率影响较小;过大或过小的桨叶层间距都不利于槽内颗粒的均匀悬浮,提出了相对最佳桨叶层间距与桨径比H/D。     

矿浆搅拌液固两相流固体颗粒运动影响因素研究

在矿浆搅拌过程中,临界离浮转速与叶轮离底间隙、粒径、砂粒密度、桨径、叶片倾角、矿浆固相浓度等诸多因素有关。本文选择了其中的叶轮离底间隙、叶片倾角、桨径、固相质量分数等为参数,分析这些参数对临界悬浮转速的影响,拟合临界悬浮转速与各个参数间的函数关系,为固-液搅拌设备的设计、性能优化提供依据。试验结果表明,较低的叶轮离底间隙、较大的叶片倾角、较低的固相质量分数和较大的桨径有利于固相的悬浮,对应的临界悬浮转速Njs较小。通过Matlab拟合得到了临界悬浮转速与各个参数之间的对应关系,关系式为N_(js)=211·D~(-1.400)·C~(0.208)·X~(0.278)·θ~(-0.426)。该试验结果对矿浆搅拌槽的工业应用具有实际的指导意义。     

种分槽搅拌桨型综合性能比较分析

本文以大型氧化铝种分槽为工程开发背景,在直径为800mm,高1040mm的平底有机玻璃搅拌槽内,用水—玻璃珠为模拟物料,以国内应用较多的改进的MIG搅拌桨和北京化工大学的CBY-ZHF搅拌桨为研究对象,分别对两种桨型底桨的槽底物料沉积情况、玻璃珠悬浮高度以及其组合桨的混合均匀度、临界离底悬浮功耗等性能进行了测量分析。相关研究结果可作为工程优化设计的参考。     

固体悬浮过程中搅拌器转速的确定

在湿法冶金过程中，经常遇到固体颗粒在液相中的悬浮操作，也就是固—液相系的搅拌。设计搅拌器时，在浆叶、槽体的几何参数及介质的物理参数决定后，转速就是决定悬浮状态及功率大小的关键因素。笔者在综合分析有关资料的基础上，经计算比较，介绍了搅拌器设计中确定转速及功率的步骤，使设计计算的搅拌器功率及转数都接近于生产实际，可供设计参考。     

金精矿生物氧化反应器的离底悬浮及设计优化

难处理金精矿的生物氧化浸出过程是一种新型、低污染、清洁的生产工艺。该生物氧化过程是在气液固三相生物搅拌釜反应器中进行的。在气液固三相生物搅拌釜反应器中,离底悬浮状态具有较低剪应力、较低能耗和较高相间传质系数的特点,是保证生物反应持续高效进行的一个优化条件。为了优化设置搅拌桨离底高度以实现生物氧化浸出反应过程的节能和高效,本文提出了一种通用的计算离底悬浮转速的公式,并采用实验数据进行验证。结果表明:针对精金矿体系气液固三相离底悬浮转速的计算误差低于20%,所提出的公式和研究方法能够快速地确定工程设计的优化参数,以实现节能和减少生物浸出的污染。     

种分槽高性能HSG/HQG搅拌装置的研发

用fluent软件对铝酸钠氢氧化铝料浆在搅拌槽内的流动特征、桨叶搅拌效果和功率消耗等进行了数值模拟,通过小型实验槽和中型工业搅拌槽的测试验证,得到正确的数学模型和边界条件,使模拟和实测达到吻合一致。模拟计算采用多面体网格、滑移网格法和标准k-ε瑞流方程,氢氧化铝体积分数为33%。然后用fluent软件模拟得到了优化的桨叶形状等参数,开发了高性能HSG/HQG组合搅拌桨。新型搅拌桨首先应用在山西铝厂的Φ6.5×10米氢氧化铝搅拌槽,之后,东方希望氧化铝厂Φ14×35.5米种分槽上也获得应用,搅拌效果良好无沉淀结疤,节能效果显著。将HSG/HQG組合搅拌桨与大型搅拌槽使用的INTERMIG搅拌桨和CBY长薄叶搅拌桨进行性能对比。结果表明,在同样的物性参数下,HSG/HQG组合搅拌桨比INTERMIG搅拌桨和CBY长薄叶搅拌桨能耗降低40%左右,槽底部无结疤,同时具有大排量和低剪切的特点。     

KR法脱硫站搅拌轴振动问题分析及解决措施

本文利用解析法计算某厂300吨级KR法脱硫站机械搅拌设备搅拌轴的一阶临界转速,分析出搅拌轴产生剧烈横向振动的原因,主要原因包括机械搅拌设备工作转速经常接近于一阶临界转速、搅拌桨经常出现异常结渣导致产生更大的离心惯性力等,针对这些原因提出相应的解决措施,措施如下:(1)降低最大工作转速;(2)提高升降小车整体刚度;(3)优化搅拌桨桨形;(4)优化搅拌桨总高度。     

种分槽不同搅拌装置流场的实验测试与模拟分析

本文从实验测试和计算流体力学仿真模拟两方面同时对氧化铝厂种分槽的CBY、Intermig搅拌装置和HQG/HSG新型搅拌装置进行对比分析,考察不同搅拌装置对种分槽内固含分布、沉淀结疤及能耗指标的影响。结果表明,HQG/HSG新型搅拌装置槽底沉淀少,能耗低,搅拌效果好。     

铁液KR脱硫中后期搅拌桨转速研究

分析了铁液KR脱硫过程中脱硫剂在铁液中运动的主要过程,根据不同的过程推导了为保持与标准搅拌桨等效的铁液动力学条件中后期搅拌桨需要的理论转速,研究了搅拌转速对铁液液面边缘上升高度和中心最低点高度的影响。采用CFD软件分别对包含标准搅拌桨和中后期搅拌桨的KR脱硫模型进行数值模拟,研究了搅拌转速与脱硫剂在铁液中分散之间的关系,验证了中后期搅拌桨理论转速的合理性。     

数值模拟在金属基废弃物复合材料工艺优化中的应用

针对搅拌工艺制备玻璃/铝基废弃物复合材料时,在不同的搅拌转速下使用计算流体力学(CFD)软件FLUENT对搅拌槽内两相流进行了CFD数值模拟。搅拌桨为三层。两相物系采用玻璃-铝体系,固体体积分数为15%。文中使用标准k-ε模型计算了固液两相的流场,考察了槽内流场的速度和压力分布规律,同时考察了不同转速下流场速度的分布。计算结果表明:流体在槽体内三个区域形成较大的循环流动,各个循环区域之间有一定的连接性。速度的最大值主要集中在桨叶外沿附近,有利于充分混合。转速越大,沿径向的速度变化幅度越大。从槽壁到轴心方向上的压力分布是不断减少的,越靠近搅拌轴,槽内的压力越低。     

搅拌工艺对半固态Y112铝合金组织及性能的影响

采用自行研制的机械搅拌装置,研究了不同工艺参数对半固态Y112铝合金组织及性能的影响.研究表明,搅拌温度越高,搅拌速度越大,固相颗粒越细小、均匀和圆整,其抗拉强度与伸长率越高;但温度太高,固相颗粒会熔化,抗拉强度及伸长率也降低;随搅拌时间的延长,固相颗粒先变得细小、均匀和圆整,然后长大,抗拉强度、伸长率先升高后降低.     

搅拌摩擦焊摩擦功率的计算与检测

针对搅拌摩擦焊接过程的摩擦加热功率的计算和检测，通过一定的简化，在试验的基础上，运用试验和拟合的方法得到了轻负载功率与转速的关系曲线，并将其关系置于MCGS(监视与控制通用系统)软件中，根据搅拌摩擦焊接过程的能量传递关系，将可检测的实时轻、重负载功率引入计算过程，得到了主电机输入功率与焊机输出扭矩的直接关系。同时，采用MCGS监控软件实现了搅拌摩擦焊接过程功率、扭矩、转速等参数的实时检测及计算，使得搅拌摩擦焊接过程的功率检测及计算同步进行。     

高效喷气精炼过程中的机械搅拌

在喷气精炼过程中,气泡的分散和细化是提高精炼效率的必要条件。在水模型实验中应用了单向的偏心搅拌模式来寻找最佳的气泡微细化条件。影响气泡微细化的因素有：搅拌模式、偏心度、搅拌转速、喷嘴结构、喷嘴的浸入深度以及气体流量。气体的喷入方式包括两种,一是从搅拌桨下方的喷嘴中直接喷入,二是从一个位于搅拌桨下方的弯管中喷入。在偏心搅拌模式下,漩涡远离了搅拌桨的轴心,小气泡产生于搅拌桨附近的强湍流或高剪切应力场中,随着机械搅拌产生的宏观流向漩涡方向移动。因此,单向的偏心搅拌模式能促进气泡在溶池内的细化和分散。     

长薄叶搅拌桨的研究与应用

利用对长薄叶搅拌桨的搅拌特性的分析研究成果设计固液相混合搅拌装置，并通过与落后的挂链式搅拌器装机功率的对比和使用厂家所提供的搅拌均匀程度测定数据，说明长薄叶搅拌桨具有节省能耗，搅拌效果均匀的优点。尤其在氧化铝生产设备趋向于大型化的今天，应用该成果可取得更好的经济效益和社会效益。     

工艺因素对SiCp/AZ91复合材料颗粒均匀性的影响

用半固态搅拌法成功制备出了颗粒分布均匀、孔隙率低的SiCp/AZ91颗粒增强镁基复合材料,研究了搅拌速度、颗粒尺寸、搅拌叶轮旋向、颗粒预处理工艺等因素对SiCp/AZ91复合材料中颗粒分布均匀性的影响。研究发现,颗粒预处理对分布均匀性有显著影响,经过高温预氧化处理的SiC颗粒与镁合金基体润湿性很好,在半固态搅拌制备中能有效改善颗粒与基体的界面结合和颗粒分布均匀性。在其他工艺因素一定时,颗粒粒径越大,分布越均匀;搅拌速度越低,颗粒分布越不均匀。当颗粒较小时(<50μm),搅拌叶轮的旋向对分布均匀性有重要影响。确定优选工艺参数为:上旋桨、半固态等温温度为585℃、搅拌速度为400r/min、颗粒尺寸为50μm、颗粒的体积分数为15%。     

机械搅拌对半固态7075铝合金浆料组织的影响

使用机械搅拌式半固态流变仪研究了工艺参数对半固态7075铝合金组织的影响。结果表明,等温搅拌条件下,搅拌时间越长,半固态7075合金组织的固相颗粒尺寸越小,晶粒越圆整;剪切速率越大,半固态7075铝合金初生固相的晶粒尺寸越小,晶粒球化程度越高。连续冷却搅拌条件下,冷却速率越大,固相颗粒尺寸越小,但枝状晶较多。搅拌之后保温条件下,随着保温时间延长,半固态7075铝合金初生固相的晶粒形貌越圆整,但晶粒尺寸越大。     

行星搅拌器数值模拟与桨型分析

对用于高黏度浆料搅拌的某型号三桨行星搅拌器进行数值模拟和桨型研究,通过螺距的变化改变桨型得到另外2个方案。对3个方案分别进行了仿真模拟,从流场分布、速度分布、扭矩、功率等维度进行对比。结果表明:增大螺距,桨型更接近框式,搅拌器排出和切向循环能力增强,轴向循环能力减弱,搅拌扭矩和功率增大;减小螺距,桨型更接近螺带式,搅拌器轴向循环能力增强,排出和切向循环能力减弱,搅拌扭矩和功率减小。适中的螺距和桨型,有利于提升行星搅拌器的复合搅拌效果。     

机械搅拌对电磁冷坩埚熔化玻璃流场的影响

建立了机械搅拌桨三维模型,利用ANSYS软件中的Fluent模块并结合多重参考系(MRF)模型对玻璃熔化搅拌过程中不同锚式搅拌桨的结构尺寸、熔体温度、转速及锚式搅拌桨距离坩埚底部位置等流场的影响进行研究。结果表明,在搅拌过程中,锚式搅拌桨的结构尺寸对流场影响不大。随熔体温度升高,熔体流动范围增大,温度在1 100℃以上时宜加入搅拌桨。搅拌桨转速为100 r/min时,在熔体中产生的最大流速为1.47 m/s,是转速为50 r/min时的2倍。锚式搅拌桨下部在距坩埚底部1/4时,熔体搅动范围大;在距底部1/8时,搅拌桨下部熔体获得更充分的搅拌。机械搅拌可有效提高熔体流速和扩大流动范围。     

铝铅合金的半固态成形工艺研究

利用双筒式机械搅拌装置制备铝铅系难混溶合金。双筒式机械搅拌装置由一对带有螺纹的内外桶构成,当内筒旋转时在内外桶的缝隙形成剧烈的剪切应力场。通过控制桶的转速和内外桶缝隙可以获得0～153.45s-1的剪切速率,温度在0～1000℃之间任意调节。通过计算分析:铝铅合金的半固态流变成形温度区间为570～630℃,同时得到了铝铅合金的固相率随温度变化的关系曲线。此外还确定了转速与剪切速率的关系。并在温度为594℃,固相率为0.5时,采用不同的剪切速率制备铝铅合金锭料,来验证计算结果。理论和试验结果表明,通过机械搅拌的半固态成形技术,可以制备出铅颗粒均匀、弥散分布的铝铅难混溶合金。     

SiO_2/Al复合材料搅拌铸造工艺的数值模拟

采用基于CFD的Euler-Lagrange方法,模拟研究了搅拌铸造法制备SiO2/Al颗粒增强复合材料在不同搅拌转速(200、400、600r/min)下的增强颗粒分布特性。在不同搅拌速度下制备了SiO2/Al复合材料铸件,对复合材料铸件不同位置处的颗粒分布特性进行金相观测和量化分析,并与数值模拟结果对比。结果表明,试验量化结果与数值模拟结果一致;搅拌速度太低或过高使颗粒在搅拌槽特定区域聚集,产生较多的团聚;最优的搅拌转速是400r/min。