中心龙卷流型搅拌槽流动特性的CFD研究

运用计算流体动力学(CFD)方法,对中心龙卷流型搅拌槽内部流场进行数值模拟,并且和标准搅拌槽进行了分析比较。结果表明:和标准搅拌槽相比,中心龙卷流型搅拌槽的功率准数较小,节能效果显著。流体流经导流板,可以获得较大的轴向速度,在槽中心可以形成理想的中心龙卷流,从而有利于固体颗粒的悬浮。     

双层侧进式搅拌槽内流场特性数值模拟

采用计算流体动力学方法对烟气脱硫过程中吸收塔浆液池的流场特性进行了数值模拟研究,分析了相同转速下双层侧进式搅拌器安装水平偏角θ、竖直偏角φ、离底高度C_1和层间距C_2对搅拌槽内流场的影响。模拟结果表明,安装双层侧进式搅拌器能够增强流体的上下流动,在θ=5°、φ=10°、C_1=0.13 m和C_2=0.5 m时搅拌槽内流场分布相对较好。模拟计算出的搅拌器功率准数N_p与理论公式计算值相比最大误差为3.1%,验证了数值模拟方法的准确性。研究结果可为该类搅拌槽的设计和优化提供参考。     

基于CFD的中心龙卷流型搅拌槽数值分析

中心龙卷流型搅拌槽是一种新型高效节能的搅拌设备,搅拌混合性能优良。运用CFD方法,对其内部流场进行数值模拟,分析比较了3种结构的导流板对槽内流体流动状况的影响,计算了搅拌功率准数并与已有研究成果进行了比较。计算结果表明:①中心龙卷流型搅拌槽的功率准数较小,节能效果显著。②导流板结构不同,对流场会产生比较大的影响。③导流板Ⅲ可在槽中心形成较为理想的中心龙卷流,有利于固体颗粒的悬浮。     

底部对数螺线挡板搅拌釜LDV实验和数值模拟

利用LDV实验与CFD数值模拟方法,研究了采用底部对数螺线挡板搅拌釜的流场特性,并与采用传统侧壁直立挡板和底部十字型挡板搅拌釜的流场进行了对比。结果表明:采用底部对数螺线挡板搅拌釜流场CFD数值模拟结果与LDV实验验证结果数值相近,吻合度高;采用底部对数螺线挡板的搅拌釜流场在轴向混合上得到强化;混合均匀所需时间明显缩短;搅拌功率较采用底部十字型挡板搅拌釜略有提高,但比采用传统侧壁直立挡板搅拌釜大大降低。     

基于Fluent的圆盘涡轮搅拌器搅拌釜内流场测试及数值模拟

基于搅拌实验与数值模拟相结合的方法,分析了圆盘涡轮搅拌器搅拌流场的特征和和变化规律,分别计算了两种方法不同搅拌工况下搅拌扭矩及搅拌功率的大小,确定了两种方法的误差范围。结果表明:利用数值模拟方法得到的搅拌扭矩值与实验值有着很好的跟随性,两种方法的误差在允许范围内。通过数值模拟可清晰地表达搅拌釜内的流场分布和变化情况,其结果可为进行其它类型搅拌器的研究奠定基础。     

不同挡板数搅拌槽内流场模拟

利用计算流体动力学方法对双层圆盘涡轮搅拌槽内固-液两相流的流场进行数值模拟。分析了不同挡板数对液相速度分布的影响,并研究了挡板对固液悬浮的影响。模拟和研究结果表明,均布4块挡板的搅拌槽流型与有关文献吻合良好。4块挡板时的径向和轴向速度较大,无挡板时的切向速度较大,最小固液临界悬浮转速为31.3r/min。研究结果可为搅拌槽内固-液两相流的工程应用提供理论依据。     

层流搅拌槽研究方法及研究现状

本文主要阐述了用实验和计算机数值模拟两种方法来研究层流搅拌槽在低速搅拌下存在的混合隔离区,混合隔离区的存在影响了层流搅拌槽的搅拌效率,通过改变层流搅拌槽的结构及转速等方法来打破混合隔离区,从而提高了层流搅拌槽低速搅拌的混合效率。     

连续搅拌釜流场数值模拟及停留时间分布

连续流动搅拌釜广泛应用化工生产过程,本文采用CFD软件对间歇流场和连续流动单层及双层直六叶涡轮搅拌釜的三维流场进行了数值模拟,使用脉冲法对相应的搅拌釜内液体的停留时间分布(RTD)进行了测定,并通过对比方差讨论了搅拌桨转速及流量对流体流动状态的影响。     

压裂混砂搅拌装置关键结构分析与流场模拟

混砂搅拌装置性能对压裂技术的实施起着关键性作用。针对混砂搅拌的特点及对压裂混合液的质量要求,确定了压裂混砂设备关键部件中搅拌叶轮和混砂罐的结构设计方法。利用Fluent软件完成了对搅拌罐内部流场的分析,得到了固相体积分数为0.6的混合液在2 s内的压力与密度分布云图,并针对不同固相体积分数对搅拌效果的影响,对搅拌罐搅拌20 s后的内部密度流场进行了数值模拟。分析结果表明,罐内形成了上、下2个流场循环,在交汇处形成了低压区;数值分析计算处罐中混合密度与理论分析结果比较接近;固相体积分数为0.6的混合液搅拌罐底部密度大部分区域较理论值偏小,固相体积分数为0.4和0.2的混合液搅拌罐底部较大部分区域的密度与理论值偏大。结构分析以及数值模拟验证为混砂搅拌装置的设计提供了理论依据。     

直叶涡轮及斜四叶桨搅拌槽层流流场的数值分析

采用计算流体力学(CFD)的方法,对直叶圆盘涡轮桨（Rushton）和斜四叶桨（PBT）搅拌槽流场进行研究。利用Laminar层流模型对其在甘油中产生的流场进行数值计算,得到四种形式的搅拌桨以恒定转速200 r/min在搅拌槽内转动时所产生的流场结构,对比分析轴向、径向和切向的速度矢量图、速度云图以及速度分布曲线,比较所需的搅拌功率。结果表明,Rushton桨的搅拌效果优于PBT斜四叶桨,但能量损耗较高;不同倾角的斜四叶桨具有类似的流动特性。     

涡轮搅拌桨混合时间数值计算

混合时间是表征搅拌槽内流体混合状况的重要参数之一。利用CFD方法计算了单层涡轮搅拌槽内流体混合过程的流动场和浓度场,研究了物料在搅拌槽内的混合过程以及不同监测点位置对混合时间的影响。结果表明,拌槽内物料的混合主要受槽内流体流动形式所影响,混合时间的长短与监测点位置有关,在桨叶附近进行监测所得到的混合时间较短,在液面附近进行监测所得的混合时间较长。在实际生产和试验中,应注意对监测点位置的选取。     

基于CFD的井下混抽泵叶轮有限元分析

为真实反映螺旋轴流式混抽泵叶轮的受力状态,用CFD对叶轮进行了分析。首先对叶轮内的流场进行数值模拟,得到稳态流体压力,然后将CFD模拟得到的叶轮表面流体压力和温度场分析结果加载到叶轮模型进行热力学耦合分析,得到复杂叶轮的温度场、应力场和位移等分布情况。研究结果为优化叶轮结构设计和减少反复设计提供了参考依据,具有较为重要的工程实用价值。     

四斜叶穿流式搅拌器固液悬浮特性数值模拟

利用CFD FLUENT6．3软件,在直径为0．1m搅拌槽内对四斜叶穿流式搅拌器的固液悬浮特性进行研究。选用固相体积分数为15％、粒径250μm的玻璃球一水作为固液两相体系,计算域用四面体网格离散,采用标准k-ε及滑移网格法模拟液相流动,利用欧拉多相流模型模拟悬浮过程,分析了开孔孔径和开孔率对速度场、湍动能及搅拌功耗的影响。结果表明,在适宜的开孔孔径和开孔率范围内,穿流式搅拌器能够提高流体的湍动能及其耗散率,从而降低固液体系的临界悬浮转速。由于减少了桨叶在旋转方向上的投影面积,因此还可降低搅拌功耗。以开孔率12．4％、开孔直径d=1．3mm较为适宜。     

The effect of impellers layout on mixing time in a large-scale crude oil storage tank

This paper reports the results of a study on the effect of the position of impellers on homogenization time in a large scale 19,000 m³ crude oil storage tank. Based on the good agreement found between the predicted and the site measured results for an existing tank equipped by a single impeller, the hydrodynamics of the flow generated by two, three and five side entry impellers arranged in two different orientations is theoretically studied. In order to achieve this, an in-house CFD code with the ability of simultaneous solving of continuity and Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) equations is used. The RNG (renormalization group) version of the k-ε turbulence model is applied for turbulence modeling. The fluid region is divided into a large number of control volumes (580,000 to 900,000), and the MFR (multiple frames of reference) model is used for impeller modeling. The velocity distribution inside the tank for two different types of impellers layouts is investigated and the crude oil mixing time for these two arrangements is compared. The results show when the impellers are placed close to each other in one bottom quarter of the tank, mixing is more efficient in comparison with the distributed arrangement. When the tank is equipped with two and three impellers, the mixing performance is quite different in the two different orientations. However, in the five impellers cases, no considerable difference is observed except at the beginning and finishing parts of homogenization.     

自吸式气-液-液反应器的相分散和传质特性

研究了空气 水 煤油三相体系在自吸式搅拌槽反应器中的相分散和传质特性 ,比较了四种不同搅拌桨的油相分散临界转速、气体吸入临界转速、气体的吸入量、搅拌功率和气液传质系数 ,得到试验条件下的最优桨型为双层六叶涡轮桨 1,并系统研究了液相体积分数对搅拌操作性能和气液传质系数的影响。结果表明 ,随着油相体积分数的增大 ,油相分散临界转速降低 ,气体吸入临界转速不变 ,气体的吸入量减小 ,气液传质系数先降低 ,随后又升高 ,并基本保持不变     

2种电潜离心泵流场模拟及外特性对比分析

针对目前油田使用的2种不同叶轮和导轮结构的电潜离心泵,采用计算流体动力学方法进行泵内流场模拟。在流量为80～200 m³/d,介质运动黏度为1～40 mm²/s的工况下研究泵的外特性差异。基于FLUENT商业软件,采用标准k-ε湍流模型建立数值仿真模型,分析2种泵的叶轮在不同工况下的流场分布规律,根据速度矢量分布探究静压分布出现的原因。绘制泵的特性曲线,包括扬程、效率与流量的关系,发现泵特性出现变化的工况点与流场分析结果相对应。根据流场模拟结果分析2种泵所适用的工况,结果表明：径向流泵适用于大流量和高黏度工况,混向流泵适用于较低流量和中低黏度工况。研究成果可为不同工况下泵的选择及泵的结构优化提供理论依据。     

含CO2天然气井井喷流场特征

为研究含CO2天然气井井喷后的流场特性进而为确定安全防护距离提供科学依据,采用流体力学理论与计算流体力学(CFD)技术相结合的方法分析了井喷的流场特征,阐述了井喷流场各个阶段的扩散机理,模拟所需的定解条件及数值计算方法.井喷整个过程可划分为临界流、等熵膨胀、可压缩射流、不可压缩射流、重气扩散和非重气扩散6个阶段.采用CFD模拟方法模拟得出含CO2天然气井井喷气体速度场,气体膨胀速度可达700 m/s以上;分析了CO2浓度分布规律,在等熵膨胀区的内层区域CO2气体质量浓度均匀分布,而在外层区域内,CO2 的质量浓度急剧降低,CO2质量浓度随扩散距离的变化符合高斯分布.理论预测与模拟结果具有很好的一致性,表明提出的井喷流场理论分析与CFD模拟方法是切实可行的.     

叶轮式井底盘阀脉冲射流钻井工具性能分析与优化

为进一步提高钻井效率,基于井底不对称流场在清岩与辅助破岩等方面所具有的良好效果,设计了一种以小型水动力叶轮为驱动力来源的叶轮式井底盘阀脉冲射流钻井工具,并通过数值模拟及试验对水动力叶轮与该射流工具进行了优化设计。利用计算流体力学软件Pumplinx对叶轮区域进行了全工况数值模拟,通过分析内部流场的压力、速度以及湍动能的分布特性,总结了叶轮转速与阻力扭矩及轴向力之间的响应关系;通过在该射流工具进口段布置导流块、对叶片轮毂端进行光顺处理以及选取合适的叶片包角等优化措施,让叶轮进口流场得到改善的同时,提高了叶轮的水动力特性并消除了部分轴向力。模拟结果显示,初始叶轮在75 r/min转速下可克服的自然负载阻力扭矩从1.07 N·m提高到3.93 N·m。研究结果表明,所述优化方案能大幅提高叶轮式井底盘阀脉冲射流工具的脉冲性能,优化效果十分显著。      

螺带式搅拌器在假塑液中的传热特性研究

对适于高粘度、假塑性液的4种搅拌桨进行了传热实验研 究，比较了搅拌桨的结 构参数对其性能的影响，这些结果可为进一步研究强化搅拌罐内高粘性液体传热过程作参考 。