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。     

涡轮式与推进式搅拌釜的数值模拟研究

采用CFD技术对涡轮式和推进式搅拌釜进行了数值模拟。结果表明:当转速为100r/min时,涡轮式搅拌釜桨叶区域流体的最高速度为3.10m/s,推进式的最高速度为2.36m/s,但推进式搅拌釜釜内流体的平均速度高于涡轮式的;在循环流区域,推进式搅拌釜釜内的湍动能数值范围为0.042 9~0.856 0m~2/s~2,涡轮式的为0.017 6~0.035 2m~2/s~2,推进式桨叶的流体排出性能更强;推进式搅拌釜釜顶、釜中和釜底处的混合时间比涡轮式分别缩短了34%、39%、54%,提高了混合效率。     

应用三维PDA研究多层桨在搅拌过渡区的流场

在直径为0.5ｍ的搅拌釜内,应用三维激光颗粒动态分析仪（简称PDA）测定了多层搅拌桨在搅拌过渡流区的三维流场．研究了不同的桨叶安放角、桨径、桨层间距、雷诺数及不同桨型对流场的影响规律,为在过渡流区操作的多层搅拌反应器的优化设计提供参考．     

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。     

无挡板悬浮聚合搅拌釜的粘釜规律

在φ300mm的有机玻璃釜中,用聚苯乙烯颗粒(PS)和粘胶建立了釜内流动条件对粘釜影响的冷模实验方法。研究了无挡板条件下搅拌釜内粘垢的产生及其分布规律,发现在相同搅拌功率下,各种搅拌桨叶对粘釜量的影响从低到高依次为双叶推进式桨、双叶45°斜桨、三叶后掠式桨、双叶60°斜桨、双叶平桨及六叶透平式桨,纵向分布随流型有所不同。并讨论了搅拌桨安装方式及搅拌转速对粘釜规律的影响。     

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。     

搅拌釜中湍流流场和细长颗粒取向的模拟

采用两流体模型和改进的内外迭代法模拟了搅拌釜中固相为细长颗粒的液固两相湍流流场,采用标准的κ-ε模型封闭,用SIMPLE算法求解压力.模拟结果与搅拌釜中固相为球形颗粒时的流场进行比较,速度场基本相同,仅釜中心处速度略有差别.对细长颗粒取向模拟时,与以往文献多以Jeffery方程为研究出发点不同,本文作者直接利用刚体颗粒的运动和转动方程,得到搅拌釜中细长颗粒取向的变化规律.     

搅拌釜内液-液混合溶析沉淀法制备纳米姜黄素颗粒

研究了在搅拌釜内利用溶析沉淀法制备姜黄素纳米颗粒的过程,分别探讨了搅拌釜尺寸、搅拌形式、初始浓度以及搅拌转速对制备结果的影响。通过平面激光诱导荧光技术定量测量釜内液液混合行为,揭示了流体混合环境的控制是决定溶析沉淀产品过程的关键因素。实验表明,搅拌速度过低无法保证流体混合效率,将导致颗粒黏结;搅拌速度过高带来颗粒与流场的强剪切作用,引起颗粒破碎;局部过饱和度过大,引起颗粒的生长和聚团。搅拌釜内纳米颗粒制备需提供适度强化的流体混合环境。     

轴流式翼型桨的流动分析

采用激光多普勤测速仪，对水、甘油和羧甲基纤维素（ＣＭＣ）三种介质中带有轴流式翼型桨的搅拌釜内的流场进行测定。并就流型转变、剪切速率、表观粘度分布和泵送能力进行了详细的研究和分析。结果表明，搅拌釜内流型仅随雷诺数和桨叶结构变化；剪切速率及表观粘度在全釜分布相当不均匀，在研究范围内，剪切速率相差５０倍，表观粘度为４．５倍；对粘稠物系，翼型桨泵送能力有所下降，并随雷诺数的减小而减小。     

改进型框式组合桨搅拌釜内流场特性

对5m³树脂反应釜及釜内改进型框式-二斜叶双层组合桨等比例缩小建立模型,基于计算流体力学（CFD）中的多重参考系法对该双层组合桨搅拌釜流场进行了模拟研究,并利用粒子图像测速（PIV）实验对模拟结果进行了验证。分析了桨叶离底间距、桨间距及组合桨安装角度的变化对流场产生的影响。随着离底间距的增大,搅拌釜下层框式桨横梁处产生往槽底的轴向流强度会逐渐减弱,不利于底部物料的混合;桨间距的增加导致两桨间对流减弱,不利于两桨间流体的混合,当桨间距与釜内径的比值为0.77时,搅拌釜内的整体流动情况较好。对上下层桨叶安装角度分别为0°、45°和90°这3种工况下的釜内流场特性研究表明,安装角度为90°时,斜叶桨产生的轴向流强度最大,此时搅拌釜内流体的混合效果最好。研究结果为改进型框式桨与二斜叶桨双层组合桨应用于树脂聚合反应实际工程提供参考。     

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。     

双层双折叶三斜叶圆盘涡轮桨釜内流场特性研究

通过计算流体力学(CFD)对双层双折叶三斜叶圆盘涡轮桨搅拌釜内的流场特性进行了模拟研究,分析了组合桨的转速N、离底距离C1及桨间距C2的变化对釜内流场的影响,利用粒子图像测速（PIV）技术对模拟结果进行了验证。研究结果表明：当转速N=100 rpm时,壁面附近的低速区域几乎消失,釜内流体整体速度得到提升及流场速度分布较好。离底距的增大会导致釜内流场的高速区上移,当离底距C1=0.28h时,近液面区域流体流速改善较明显,釜内流场速度分布较为合理。桨间距的提升能改变上下桨叶的配合效果,当桨间距C2=0.25h时釜内混合效果最佳,近液面区域流体流速明显提高,釜内流体整体流速较高。研究结果可为双折叶三斜叶圆盘涡轮桨在实际工程应用中提供参考。     

二叶斜桨式无挡板搅拌釜内液体流动状态

本研究是用照相的方法,拍摄实验搅拌釜内流体中示踪粒子的运动轨迹,测定了二叶45°向下斜桨无挡板搅拌釜中各处流体的径向、周向、轴向的平均速度,以得出平均速度分布图及流体上下循环主要流向的模型。并用径向速度分布和轴向速度分布积分得到排出量准数N_q=0.11,循环特性数N_p/N_q=2.9,平均循环次数为12.3次/min。     

桨型和挡板对自浮颗粒三相体系混合的影响

在直径３８６ｍｍ的搅拌釜内,考察了多种搅拌桨和挡板组合对自浮三相体系的搅拌功耗,气含率和釜底部颗粒含量的影响。实验表明,自浮三相体系的搅拌混合上层桨宜采用上推式桨;当液高与釜径比为１．６时,三层桨的混合参数优于两层桨;简易型轴流桨的混合效果好于涡轮桨。此外还对优异的搅拌桨和挡板组合进行了桨间距的优化,并回归了关联式,可供过程放大时参考。     

PVC悬浮聚合釜内流场与传热的研究

对四川宜宾江源化工机械制造有限责任公司制造的70 m3 PVC聚合釜内的流场进行了CFD数值模拟,并对聚合釜的换热能力进行了现场测试.结果表明,聚合釜内流场结构为在每层桨的上下位置分别出现两个循环涡,随着搅拌转速的增加,两层桨之间的连接流现象增加,叶轮排量、循环流量和搅拌功率增加,流体的混合效果变好.聚合釜半管外夹套的传热系数在900～1 070 W(℃·m2)之间,内冷管和封底夹套的传热系数在820940 W/(℃·m2)之间.     

三叶后掠-HEDT组合桨搅拌釜内流场的模拟及实验

对应用于聚乙烯聚合反应中的三叶后掠-HEDT组合桨的搅拌釜内流场进行了模拟研究,分析组合桨的离底距C ₁、桨间距C ₂以及转速N的变化对搅拌釜内流场的影响,利用PIV实验对模拟结果进行了验证;将该组合桨与三叶后掠-六直叶圆盘涡轮组合桨进行了模拟对比研究。结果表明：当桨间距与釜内径的比为0.35时,釜内桨叶间的流体流动效果最好,该条件下能够改善搅拌釜上层流体的速度分布;当离底距与釜内径的比值为0.29时,组合桨下方出现了整体的环流,有利于釜底流体的混合;桨叶转速N=90 r/min时釜内流体速度分布均匀,同时上层HEDT桨叶产生的射流方向趋于水平。两种组合桨的对比研究表明：二者流型相近,但前者搅拌功率能够得到明显降低。研究结果可为三叶后掠-HEDT组合桨在聚乙烯聚合反应釜中的工程应用提供参考。     

带稳定翼四斜叶-Rushton组合桨釜内转速对流场的影响

利用计算流体力学（CFD）对带稳定翼四斜叶-Rushton组合桨釜内流场进行数值模拟，分析了不同转速下釜内流型、速度场、湍动能的变化规律。研究结果表明：搅拌器转速显著影响釜内流场和湍动能的分布，转速N=110 r/min时，釜内流型为径向流，稳定翼的切割推流作用表现明显，在釜内组合桨中间区域形成了一个高速涡旋，釜内流型为最佳流型；在该转速条件下釜内低速区趋近消失，速度分布合理；此时釜内上部和釜底的湍动能分层消失，釜内流体整体湍动程度较高，混合效果明显增强。     

基于EMMS模型的搅拌釜内气液两相流数值模拟

采用欧拉-欧拉模型对搅拌釜内气液两相流进行了三维CFD模拟,重点研究了采用不同曳力模型时CFD模拟对搅拌桨附近排出流区两相流动的预测能力。模拟结果表明CFD能准确地预测排出流区的液相速度分布,但采用传统的Schiller-Naumann曳力一定程度上低估了排出流区的气液相间曳力,导致在完全扩散区CFD预测的分布器和桨叶下方区域气含率偏小,而基于气液非均匀结构和能量最小多尺度（EMMS）方法得到的DBS-Global曳力模型能更准确地描述完全扩散区气液搅拌釜内流动情况。与传统曳力模型相比,采用DBS-Global曳力模型能显著提高对气含率的预测。     

不同桨型下含盘管的连续搅拌釜停留时间分布的研究

用于含能化合物制备的连续釜式反应器通常安装有螺旋盘管,釜内流动情况复杂。研究搭建了一套含螺旋盘管的连续搅拌釜装置,对四斜叶桨(PBT)、推进桨(PRO)和翼型桨(CBY)作用下连续搅拌釜的停留时间分布进行了测定,并考察了桨型、进料流量、搅拌转速、表观气速等因素对无因次方差的影响,同时考察了对有气体产生的体系在含盘管的连续搅拌釜中多级混合模型的适用性。研究结果表明：多级混合模型基本适用于对含盘管连续搅拌釜式反应器的非理想流动的描述,可用于含盘管连续搅拌釜式反应器的优化设计。当其他条件相同,随着搅拌转速、表观气速的增大,含盘管的连续搅拌釜的无因次方差逐渐增大。对于强放热反应,推荐使用四斜叶桨或推进桨,可以较好地增强釜内物料的混合。     

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.