刮壁桨在槽式釜的传热研究

针对结刮壁搅拌槽壁面的传热提出渗透－对流模型。运用在搅拌桨上安装热电偶的测温方法，考察了刮搅拌槽中的温度分布情况，实验结果支持了渗透－对流以模型。当Ｒｅ〉１００，Ｐｒ〉１０＾５时，刮壁残余层对壁面传热有明显影响，随着Ｒｅ的进一步提高，刮壁槽壁面的传系数增加缓慢，关联得到Ｒｅ〈１００，８０００〈ｐｒ〈１８０００时刮壁槽壁面传热系数的经验关联式。     

刮壁搅拌桨在槽式釜中的功率损耗

研究了浮动式刮壁桨在槽式釜中流体的粘度，刮壁材料，刮板端角，刮板厚度以及搅拌雷诺数，刮板宽度，刮壁角度，刮壁高度对搅拌功率损耗的影响，发现：搅拌雷诺数，刮板宽度，刮壁高度和刮壁角对搅拌功耗有明显的影响，在一定条件下其他因素则对功耗的影响很小，得到刮壁功耗的经验关联式为Ｎｐ＝（１５６２／Ｒｅ＾０．９７７）（Ｗ／Ｄ）ｃｏｓα）＾０．３５３（ｎＬ／Ｄ），式中Ｒｅ=１～３００。     

环形区充气喷动床的传热性能

在１００ｍｍ×４ｍｍ耐热玻璃制喷动床内，采用环形区充气的方法改善环形区传热及流动，测定了床壁与固体颗粒床层间的对流传热系数，并与普通喷动床进行了对比，探讨了影响这种充气喷动床对流传热系数的因素．由实验结果进行数值计算，得出了经验准数关联式，计算结果与实验数值相关良好．     

四斜叶桨搅拌下釜内盘管非稳态对流传热过程的模拟和实验研究

搅拌釜内的强放热反应过程常常需采用内置螺旋盘管来增加换热面积,对带盘管搅拌釜内传热过程的数值模拟与盘管外侧对流传热系数的实验测定有重要的应用价值。今使用流体力学软件FLUENT对四斜叶桨搅拌下釜内盘管非稳态对流传热过程进行模拟,得到了搅拌釜内温度场分布和盘管内外两侧平均对流传热系数。模拟采用标准k-ε湍流模型和强化壁面函数,考虑了釜内液体黏度、导热系数随温度的变化关系。在模拟搅拌釜的非稳态冷却过程中,将搅拌釜内温度的变化过程分成四段,模拟得到四个釜温下的拟稳态温度场和对流传热系数,在此基础上计算得到全冷却过程的平均对流传热系数。为了验证模拟的可靠性,对盘管外侧对流传热系数进行了实验测定。模拟获得的盘管外侧对流传热系数值与实验值相比误差为22.5%,盘管内侧对流传热系数模拟值与经验公式计算值相比误差为2.6%,不同釜温下盘管出口温度模拟值与实验测定值偏差在1.52 K以内,表明所用模拟方法在工程上是可行的。     

非牛顿流体和牛顿流体在搅拌槽内的传热研究

本文根据边界层理论,通过搅拌槽壁面扭矩与搅拌桨旋转扭矩近似相等的关系,提出非牛顿流体在搅拌槽传热阻力层的实际表观粘度的计算方法.使佐野雄二的给热系数关联式也能适用于不同桨型的非牛顿流体的给热系数计算,从而获得了同时适用于牛顿流体和非牛顿流体在装有各种桨型的搅拌槽壁侧给热系数的统一关联式:     

用异种气体射流冲击浸没溶液中微小加热壁面的传热传质过程

本文研究了异种气体喷射冷却浸没液体中微小发热元件的传热特性,以及液体和壁面之间的传热与吹气速率、喷嘴到加热表面的距离、液相温度、热流率、溶液物性等等之间的关系。用异种气体冲击浸没R-113或乙醇中的加热壁面,其传热显著增加,在热流率不很高或液相温度较高时,加热壁面的温度可低于冷却介质的温度,实验结果表明,液体和壁面之间的传热不仅随气泡对液体的扰动而增加,而且随壁面附近液相向气相蒸发传质而增加。本文分析了其传热机理,提出了一种同时传热传质的模型解释这种系统中特殊的传热特性,用实验数据对对流传热系数h_(?)以及传质引起的传热进行了关联。     

依据混合对流特性设计熔窑玻璃液流模型实验

本文介绍了混合对流流动与传热特性的最新研究成果，并将其成功地应用于熔窑玻璃液流模型实验中，提出了用两个新准则Ｇｒ／Ｒｅ和Ｐｅ进行实验设计的新方法。这种新的设计方法可替代沿用几十年的只保证Ｒｅ、Ｇｒ两准则和相等而忽略Ｐｒ准则作用的传统近似方法，使模型实验的相似性得到根本改善。     

含气液两相的搅拌釜内盘管外侧的对流传热特性研究

许多强放热反应,若温度控制不当,易引发物质分解产生气体,进而恶化相关反应过程,甚至引发事故,因此对浸没在含气液两相搅拌釜内的盘管外侧对流传热系数进行研究尤为重要。以空气和水分别作为气相和液相,在直径D=0.300m的标准椭圆形底搅拌釜内进行非稳态传热实验,研究了桨型、桨径、转速和表观气速对盘管外侧对流传热的影响。结果表明,在低转速下,通入气体能够显著增加釜内的湍动程度,使管外对流传热系数明显增大,在高转速下,对于大搅拌桨,其气体的表观气速过小时,通入气体会使对流传热系数减小。通气量一定时,在较高通气速率和高搅拌转速下,随着转速增大,对流传热系数反而减小。引入通气数对实验数据进行拟合关联。研究结果对反应釜的优化设计及反应过程的控制具有参考价值。     

刮壁搅拌桨的最优设计

运用罚函数Ｇａｌｅｒｋｉｎ加权余量有限元数值算法模拟了Ｖｏｔａｔｏｒ、Ｃ＆Ｒ反应器和刮壁槽式釜中轴截面的流速和剪切分布。计算结果表明，Ｖｏｔａｔｏｒ，Ｃ＆Ｒ反应器中流动和剪切分布较刮壁槽式釜更有利于流体的混合和壁面的传热。对Ｃ＆Ｒ反应器，采用无间隙刮板，其传热和混合性能优于有间隙刮板。建议刮壁搅拌反应器的设计采用类似Ｖｏｔａｔｏｒ和Ｃ＆Ｒ反应器的环隙结构和无间隙的刮板形式。     

柱形流化床传热特性的数值模拟

对Shedid等搭建的圆柱体流化床采用欧拉?欧拉法进行三维数值模拟,考察了颗粒球形度、表观进气速度和床料初始堆积高度对流化床内垂直加热壁面与流动床料之间对流传热特性的影响,采用有效导热系数分别计算气相和固相的对流传热系数。结果表明,随表观进气速度增大,流化床内颗粒物料湍流运动加剧,加热壁面平均温度和流体平均温度下降,壁面流体间传热平均温度差减小,壁面流体间对流传热系数增大;随初始床料高度增加,流化床内颗粒与加热壁面的接触面积增大,导致固相平均对流传热系数增大。     

高粘度流体在机械搅拌槽中的传热

研究了高粘度牛顿流体和非牛顿流体在螺杆-导流筒、螺杆-导流筒-直管组两种搅拌体系中的传热行为。结果表明,设置导流筒和直管组后,对夹套侧的传热膜系数α_j没有明显影响,导流筒侧和直管组直管外侧的传热膜系数α_d和α_c都较α_j大,传热面积比夹套增加一倍左右,从而增强了搅拌槽的传热能力。在所有几何因素中,搅拌桨径 d和导流筒内径 D_(ti)对传热膜系数影响最大。搅拌桨的转向对传热无明显影响。分析了传热关联式中 Re的方次的变化情况。用因次分析和回归分析得到的夹套、导流筒和直管组传热面的传热关联式和文献结果吻合甚好。     

Search for optimal geometry of a conical turbine agitator for heat transfer in stirred vessels

Simultaneous measurements of power consumption P and heat transfer coefficient α for a jacketed, baffled, agitated vessel of diameter D = 0.45 m, equipped with a conical turbine, were carried out. The following geometric parameters of the agitator were tested: diameter d, blade width b and number Z, and distance from the bottom of the vessel to the lower edge of the blade h. The results of these investigations were generalized mathematically. On the basis of optimization, the best geometric parameters with respect to heat transfer are proposed for the conical turbine agitator.     

流体流过填充床层冷却之传热系数

填充床层之传热系数包括二重阻力,即床层内部的传热阻力和床层与管壁界面间薄膜的传热阻力。本文以空气和水为传热介质,使其流过填充床层冷却,改变操作条件和床层构造,考察了Pr准数,床层高度、填充物的导热系数和形状对於传热系数的影响。由於高速固定床接触反应器和填充热交换器逐渐在工业上取得了应用,高线速下的传热数据需要迫切,因此试验的范围采用了较大的Re准数。 玻璃或磁质等低导热系数球状填充物的传热系数可归纳成: 试验范围: D_p/D_t=0.08～0.5; L/D_t=10～30; Re=250～6500; Pr=0.722～4.8 铜、铁等高导热系数球状填充物的传热系数可归纳成: 试验范围; D_p/D_t=0.1～0.5;　Re=300～10,000; 　 L/D_t=10～30 在此范围内所有试验皆经过二次以上的重复试验,误差一般不大於5%。 以圆柱体为填充物的传热系数,仅须将修正Re准数中的几何量D_p,改成与圆球具有相同的几何表面面积的球径D_p即可。 以上二式说明流体的物理性质即Pr准数对传热系数的影响不很显著,床层高度对传热系数的影响:低导热系数填充物的传热系数随L/D_t比率之减小而逐渐增大,L/D_t>30,影响甚微,L/D_t=20,误差约7%,L/D_t=10,误差可达15%;高导热系数填充物的传热系数随L/D_t的增大略有增大的趋势,但影响     

Mathematical Modeling of Agitated Thin-Film Dryer

Agitated thin-film dryers (ATFDs) are used to produce dry free-flowing powder from slurry/solution-type feed and widely implemented in pharmaceutical, chemical, and food industries. The feed passes through the ATFD in several forms such as solution/slurry and successively becomes paste, wet powder, and dry powder. The flow of feed in the ATFD undergoes a helical path (combination of rotational velocity imparted by the agitator/blade and axial velocity of feed) while flowing through the annular part of the dryer. The ATFD is described stage-wise and the parameters such as physical properties, scraped surface heat transfer coefficient, and evaporation rate (drying rate) are derived using stepwise model equations. The penetration theory is modeled to obtain the scraped-side heat transfer coefficient. The model equations were solved using MATLAB 7 (MathWorks Inc., Natick, MA) and the simulated drying rate was consequently validated with the experimental values.     

The Effects of Power Law Fluid Rheology on Coil Heat Transfer for Agitated Vessel in the Transitional Flow Regime

A CFD model of heat transfer from power‐law fluids to helical cooling coils in the transitional flow regime of a baffled tank mixed with a pitched blade turbine was developed with Fluent^TM. The model captured local temperature and velocity gradients. Simulations were run, varying Re, Pr, K and n. The results indicate that a Sieder‐Tate type correlation, with the exponent on and the coefficient in front of the Reynolds number being a function of n, is recommended for estimating ho. Also, a new two coil bank design was found to be more efficient when 450 < Re < 650.     

混沌流翅片的传热研究

混沌流可以在层流条件下强化传热这个现象已经被有些文献所证实。文中提出一种基于混沌流现象的翅片,通过对其流道内流动进行简化,得出其动力学符合Duffing方程。利用数值模拟手段,计算了在各种几何外形、不同入口流速、不同介质条件下的传热规律,回归出了在层流条件下,翅片的平均Nu准数表达式,即0.086Re0.86Pr0.45。分析表明,在混沌流的作用下,层流状态下的流体可能出现类似湍流的传热效果,初步证实了这种混沌流是强化传热的一种有效的方法。     

循环射流混合槽内湍流强化传热数值模拟及射流层优化

循环射流混合槽(CJT)作为一种过程强化设备可以提高湍流的混合效率及反应选择性。为进一步提高其工业应用价值,对循环射流混合槽流场的传热能力进行分析并对其射流层数进行结构优化。在恒壁温的条件下,采用SST k-ω模型分析循环射流混合槽流场区域的非稳态流动传热特性。在充分湍流状态下研究了Re=3260~16 303,射流层数M=5~9对循环射流混合槽壁面对流传热特性及流场传热特性的影响。结果表明,M=9时对流换热系数的变异系数Ch随Re增加而减少,壁面传热均匀性提高2.8%~19.3%;流场与温度场协同性随Re增加而增加,Re=16 303时的协同角为75.5o比Re=3260时减小约0.5°。Re=9782时Ch随M增加而降低,壁面传热均匀性提高2.7%~16.3%;速度矢量与温度梯度协同性随M增加而减小,M=9时全局协同性相较于M=5时降低了6.1%。当M=7时中心混合区与射流混合区的场协同角均在73°~74°之间,两区域流场间热量传递能力匹配程度较好;当M<7时中心混合区的协同性优于射流混合区,当M>7时射流混合区协同性优于中心混合区。研究Re及射流层数M对循环射流混合槽热量吸收和传递性能的影响,发现Re的变化对循环射流混合槽吸热量的影响大于射流层数M的变化。     

渐扩渐缩波纹通道内脉动流的传热强化

采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLER算法, 数值研究了周期性渐扩渐缩波纹通道内脉动流动与换热情况,流动Re数的范围为10～1000,Pr数为0.7.计算考察了不同Re数、脉动频率以及振幅对通道内强化传热和压力损失的影响.研究结果表明,稳态下Re数大于40以后,流动出现分离,Re数大于600以后,流动显得复杂和混乱;受入口脉动流的影响,通道内的旋涡发生周期性的脱落、增长和迁移,从而增强了流体之间的扰动和掺混,强化了传热;传热的强化效果随着流动Re数、脉动频率以及振幅的增大而增强;另外,流动阻力随着无量纲时间呈正弦规律变化,但与脉动频率无关.     

刮壁桨搅拌功耗机理

刮壁搅拌功耗槽内流体阻力损耗和刮壁摩擦损耗，在层充域或过渡域两者存在一定的比例关系，在本实验范围内两者可以统一关联在一起，刮壁角对刮壁摩擦耗有影响但不是主要的，回归实验数据得同搅拌功耗的经验关联式。