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.     

各向异性k-ε湍流模型在Rushton桨搅拌槽三维流场整体数值模拟中的应用

根据搅拌槽内的流动呈各向异性的特点,引入适用于强旋转流场的各向异性k-ε湍流模型,用改进的内外迭代法对有挡板的Rushton桨搅拌槽进行了整体数值模拟.利用文献中对搅拌槽内流场测定结果,给出了适用于Rushton 桨搅拌槽的各向异性湍流黏度系数值.模拟计算得到了搅拌槽内的流场分布和脉动速度分布,并同标准k-e湍流模型计算结果及文献数据进行比较.结果表明,各向异性k-ε湍流模型能成功反映Reynolds应力、湍流动能等湍流特征量,明显优于标准k-ε湍流模型.     

各向异性k-ε湍流模型在Rushton桨搅拌槽三维流场整体数值模拟中的应用

根据搅拌槽内的流动呈各向异性的特点 ,引入适用于强旋转流场的各向异性k -ε湍流模型 ,用改进的内外迭代法对有挡板的Rushton桨搅拌槽进行了整体数值模拟 .利用文献中对搅拌槽内流场测定结果 ,给出了适用于Rushton桨搅拌槽的各向异性湍流黏度系数值 .模拟计算得到了搅拌槽内的流场分布和脉动速度分布 ,并同标准k -ε湍流模型计算结果及文献数据进行比较 .结果表明 ,各向异性k -ε湍流模型能成功反映Reynolds应力、湍流动能等湍流特征量 ,明显优于标准k -ε湍流模型 .     

基于Fluent的硫酸钾结晶器实验验证及优化设计

为优化硫酸钾结晶器结构以获得优质硫酸钾晶体,研究了硫酸钾结晶器在搅拌桨作用下的流场分布、流体动力学性能以及混合效率,建立结晶器三维模型,应用Standard k-ε湍流模型和欧拉多相流模型进行数值仿真,揭示结晶器内三维流动形态,研究内部流体流动规律,分析其流速分布,并应用PIV测试数据和混匀时间测定验证了三维湍流数值模拟结果的准确性,最后完成工业结晶器结构优化,将搅拌桨直径由70 cm增至90 cm,高度由100 cm降至67 cm,优化后混合效率和固相颗粒均匀性得到提升。     

多相搅拌槽内宏观混合研究进展

多相搅拌槽反应器广泛应用于化工、冶金等过程工业中,而多相混合状态对于多相搅拌槽反应器的设计、优化和放大具有重要意义.混合时间是表征其宏观混合过程的一个重要参数.文中从实验和数值模拟二方面对多相搅拌槽反应器的液相混合时间研究进行综述,对气液、液固、液液、气液固4种体系的多相搅拌槽进行了分类总结,讨论了分散相、桨型、转速、...     

疏水Rushton搅拌桨的减阻性能

为了减小搅拌阻力与功耗,本研究提出了疏水叶片搅拌桨的设想。首先采用数值模拟的方法,对非疏水Rushton桨搅拌容器内的流场进行了模拟,通过与文献中实验结果的对比,验证了数值模型和模拟方法的可靠性。随后研究了湍流状态下疏水Rushton搅拌桨的流体动力学性能,分析了不同疏水状态下的流场结构、剪应力和压力分布以及减阻效果和搅拌功耗,并与非疏水桨进行了对比。结果表明,疏水处理后Rushton桨搅拌容器内的流场没有明显变化,但流体的轴向泵送能力有所增强,高速度区域略有扩大,超疏水时效果更明显。疏水处理可降低Rushton桨的剪应力和桨叶前后表面间的压差,具有减阻效果,超疏水时减阻幅度高达39.56%。另外,疏水Rushton桨的搅拌功耗有所降低,与非疏水桨相比,超疏水桨的功率准数降低了8.53%,具有显著的节能效应。     

小型反应釜流场SST和LES模拟结果比较

单层四叶搅拌桨小型搅拌釜是实验室常用反应设备。本文采用CFD数值模拟的方式,比较SST、LES两种湍流模型,采用多重参考系法对小型搅拌釜的流场进行模拟,比较不同模型的桨叶区速度场、压力场等预测结果,筛选适合小型反应釜的流场模型。     

搅拌釜内流场实验研究与数值模拟的进展

概述了搅拌釜内流场实验研究与数值模拟的进展,介绍了速度场、混合时间、循环流量和温度场的各种测量方法,同时就搅拌釜内流场数值模拟中涉及的各种湍流模型以及旋转桨叶的处理方法进行了对比分析。最后指出传热特性、多相流以及多参数耦合数学模型是搅拌釜研究的重点。     

用改进的内外迭代法数值模拟Rushton涡轮搅拌槽流场

在有挡板的搅拌槽中，受搅拌桨驱动的液体在挡板的作用下会产生复杂的三维湍流流动.利用“快照”法思路和改进的内外迭代法及k–e湍流模型对Rushton涡轮有挡板的搅拌槽进行了整体数值模拟. 同文献中的实验数据进行了比较，模拟值同实验值基本吻合. 改进后的内外迭代法不依赖经验公式和实验数据，有一定的通用性.     

同轴异速桨在丙烯淤浆反应釜中的流场研究

针对丙烯聚合反应过程,设计了一种同轴异速桨,基于CFD对反应过程进行了数值模拟。建立12 m~3反应釜模型,采用多重参考系方法MRF、Mixture多相流模型、标准k-ε湍流模型模拟搅拌过程,获得了反应3个阶段釜内流体的速度场及浓度场。结果表明:同轴异速桨可以使釜内流体轴向和径向都有着很好的交换;其在反应的各个阶段都能使流体得到很好的混合;桨的转速对混合效果有着较大的影响,随着反应的进行,应逐渐增加折叶桨转速。     

改进Intermig桨种分槽搅拌性能的数值模拟

利用商业CFD软件Fluent 12.0和并行计算系统图形工作站,对改进的Intermig桨种分槽内部流场进行了三维数值解析.采用Realizable κ-ω流模型和欧拉-欧拉多相流模型对槽内不同桨叶离底距离C、桨叶直径D下的氢氧化铝颗粒悬浮规律以及搅拌桨功率消耗进行了模拟.结果显示,搅拌转速一定的条件下,桨叶直径越大...     

干式发酵搅拌器流场数值分析及结构参数优选

为了研究干式发酵搅拌器的搅拌效果,通过流体力学软件Fluent,采用动网格模型和多相流模型对干式发酵搅拌器中的混合过程进行了数值模拟,考察了搅拌转速、搅拌桨长和搅拌桨层数等因素对搅拌功率、混合时间、混合能和扩散流场的影响。研究结果表明,降低搅拌转速,有利于减小搅拌能耗,提高混合效率,但从工程效率角度,搅拌转速的选取不宜低于3 r/min;当搅拌桨长为1 200 mm时,搅拌的混合效率最高;当搅拌器搅拌转速大于6 r/min时,三桨搅拌器混合效率高于四桨搅拌器。     

半弧面斜叶桨的流体力学性能与氧传质特性

氧传质系数是气液搅拌反应器设计的关键参数,研究新型搅拌桨的氧传质性能对气液两相搅拌反应器的强化有着重要的意义。本文实验研究了气体分布器、搅拌转速、气量对氧传质系数、搅拌功耗及气含率的影响,结果表明,氧传质系数随搅拌转速和气量的增加而增加;并建立了氧传质系数与搅拌功耗和表观气速的经验公式,为进一步放大应用提供了基础。采用欧拉-欧拉多相流模型及群体平衡模型对半弧面新型斜叶桨进行了计算流体力学（CFD）数值模拟研究,模拟研究了不同结构、搅拌转速、气量下的流体力学性能和氧传质系数,模拟计算结果与实验值的相对偏差在20%以内;这为研究这一半弧面新型斜叶桨提供了一种可靠的数值模拟方法;优化了半弧面新型斜叶桨的结构,提高了搅拌釜的氧传质效率。     

搅拌槽内液固固三相流数值模拟研究

采用Eulerian-Eulerian多流体模型和k-ε-A.多相湍流模型.模拟研究了带挡板的直径为0.154 m的标准Rushton搅拌槽内含两种不同粒径固体颗粒的液-固-固三相搅拌体系的流体动力学特性和相含率分布.模拟结果表明,不管是在r-z平面还是r-θ平面,两种不同粒径固体颗粒相的相含率分布都存在明显的差别,当搅拌转速由200 r/min提高到600 r/min时,相含率分布的差别逐渐减小.在同一搅拌转速下,两种固体颗粒相在搅拌桨以下的相含率分布差别明显大于搅拌桨以上的部分.对于每一种颗粒相,固体颗粒在搅拌槽底部都存在明显的堆积现象,提高转速能改善其分散性.     

涡轮桨搅拌槽内流动特性的大涡模拟

利用大涡模拟方法研究了涡轮桨搅拌槽内的流动特性,采用了三种亚格子模式:标准Smagorinsky-Lilly模式(SLM)、Smagorinsky-Lilly动力模式(DSLM)和亚格子动能动力模式(DKEM),并将模拟结果与标准k-ε模型及文献实验数据进行了详细的比较.结果表明:大涡模拟方法可获得搅拌槽内的瞬态流场;对桨叶区时均速度及湍流动能的预测与实验数据相吻合,比标准k-ε模型计算结果有明显改进,三种亚格子模型中DSLM和DKEM模拟结果更好.同时分析了大涡模拟中桨叶端部附近湍流动能估计偏差的原因,发现主要是由于对轴向湍流均方根速度的预测偏差造成的.大涡模拟方法为搅拌槽内非稳态、周期性的湍流流动和湍流特性的研究提供了强有力的工具.     

粉体混合过程及搅拌功率的DEM数值模拟和实验

采用数值模拟与功率测试相结合的方法,研究直叶桨式粉体混合机搅拌过程及搅拌功率、扭矩的变化规律。对粉体混合机内球形颗粒的混合过程进行离散单元法DEM数值模拟,研究直叶桨式粉体混合机内搅拌转速、搅拌桨直径、桨叶数目等特性参数对粉体混合时搅拌功率和扭矩的影响,并拟合得到功率计算公式。搭建粉体搅拌试验台,测试粉体搅拌功率并与模拟结果比较。结果表明,直叶桨式粉体混合机内功率消耗与搅拌桨转速、搅拌桨直径、桨叶数目等特性参数有密切关系。同时,扭矩值和功率值与搅拌桨转速、搅拌桨直径和桨叶数目都呈正相关。实验得到了与模拟类似的扭矩-转速关系以及功率-转速关系,模拟值与测试值具有较好的吻合性,验证了所推导公式的准确性。     

群体平衡方程在搅拌反应器模拟中的应用

群体平衡方程（population balance equation,PBE）是描述多相流体系中分散相大小与分布随时空变化的通用方程。搅拌反应器内多为多相流体系,考虑到颗粒聚并、破碎等微观机制对颗粒大小、分布、粒数密度等宏观参量的影响,采用PBE对搅拌槽内多相流体系进行数值模拟,可以较准确预测搅拌槽内流场和颗粒的大小与分布。对群体平衡方程在搅拌反应器数值模拟中的应用进行了综述,在简要介绍PBE的基本形式后,讨论了PBE的主要数值求解方法,然后着重介绍近年来采用PBE对搅拌槽内液固沉淀过程、气液及液液体系进行数值模拟的情况,并对今后的研究方向进行了展望。     

群体平衡方程在搅拌反应器模拟中的应用

群体平衡方程(population balance equation,PBE)是描述多相流体系中分散相大小与分布随时空变化的通用方程。搅拌反应器内多为多相流体系,考虑到颗粒聚并、破碎等微观机制对颗粒大小、分布、粒数密度等宏观参量的影响,采用PBE对搅拌槽内多相流体系进行数值模拟,可以较准确预测搅拌槽内流场和颗粒的大小与分布。对群体平衡方程在搅拌反应器数值模拟中的应用进行了综述,在简要介绍PBE的基本形式后,讨论了PBE的主要数值求解方法,然后着重介绍近年来采用PBE对搅拌槽内液固沉淀过程、气液及液液体系进行数值模拟的情况,并对今后的研究方向进行了展望。     

小型生物反应器中桨型的数值分析及比较

小型生物反应器是实验室常用的反应设备,不同倾斜角度的涡轮直叶搅拌桨对反应器的性能有重要影响。采用CFD数值分析方法中k-ε湍流模型,对不同倾斜角度条件下涡轮直叶搅拌桨的小型生物反应器的流场流型进行模拟分析,对比结果表明：在速度云图的分析上搅拌桨倾斜夹角小于70°的桨叶对液体的带动效果较好,在剪切速率分析结果中,搅拌桨倾斜夹角(α)绝对值在50°～70°时,剪切速率偏高。并通过物质传递和湍流动能分析比较出下吸式安装比上排式安装的桨叶搅拌效果好,倾斜夹角为-45°时搅拌效果最佳。     

大涡模拟搅拌槽中的液相流动

采采用大涡模拟湍流模型对有档板的Rushton 桨搅拌槽进行了数值模拟研究。控制方程采用控制容积法进行离散,对流项用三阶QUICK格式,扩散项是二阶中心差分。压力 速度耦合方程在交错网格上采用SIMPLE算法进行求解。小尺度流动的模化采用动力学（dynamic）亚格子模型。搅拌桨与档板之间的相互作用采用改进的内外迭代法进行处理。计算结果和文献值吻合得很好。