淤浆聚合釜中三种桨型固液分散性能的比较

为考察淤浆聚合釜桨叶形式及转速对釜内液固分散性能的影响,建立了锥形釜体内锚式桨、螺带桨和斜叶桨的固液分散计算流体力学(CFD)模型和冷模实验。3种桨型的模拟扭矩与实验值平均误差在10%以内,模拟所得浓度场与摄像实验所得的固含率分布规律一致,模拟结果较为可靠。研究结果表明:搅拌功率随转速增大而增加,相同转速下三者功耗从大到小的顺序为锚式桨、螺带桨和斜叶桨;相同雷诺数(Re)下三者固液功率准数从大到小的顺序为斜叶桨、螺带桨和锚式桨;达到相同的浓度场方差的功耗从大到小的顺序为锚式桨、螺带桨和斜叶桨。以特征线上浓度分布行为判定,3种桨型均存在混合程度的临界转速;以浓度场方差为量化指标,3种桨型均存在最优固液分散转速。结合两者,锚式桨的实际操作转速推荐范围为120～480 r/min,螺带桨为240～600 r/min,斜叶桨为120～600 r/min。     

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。     

组合桨聚合釜内非牛顿流体的混合特性

在φ476mm的椭圆底有机玻璃聚合釜中,以羧甲基纤维素-甘油水溶液(前者质量分数为1.3％)为实验物系。利用酸碱中和法测定了9种不同的搅拌桨直径与聚合釜直径比接近于1的组合搅拌桨沿聚合釜轴向及径向的混合特性。结果表明：内外螺带-锚式组合桨的轴向混合最强,但径向混合较差。框板式搅拌桨的轴向混合较内外螺带-锚式组合桨弱,但比改进偏框式桨强,其径向混合较后者弱。改进偏框桨的7种不同组合方式沿径向的混合良好,多数组合桨沿轴向的混合较前2种组合桨弱,更接近于平推流。     

三轴搅拌釜不同桨径比下固-液悬浮特性的数值模拟

利用FLUENT软件对不同桨径比下立式三轴搅拌釜内单相和固-液两相混合过程分别进行三维数值模拟,对流场分析可知增大桨径比能改善立式三轴搅拌釜内流场的结构。利用修正速度判据得出不同桨径比下搅拌釜的临界悬浮转速,并通过计算临界悬浮转速下的搅拌功率,初步得出立式三轴搅拌釜桨径比的最佳取值范围在0.1～0.125之间。     

穿流-刚柔组合桨强化固液两相的悬浮行为

采用双向流固耦合计算方法对搅拌槽内刚性桨（RDT-PBDT）、刚性组合桨（R-RDT-PBDT）、刚柔组合桨（RF-RDT-PBDT）、穿流-刚性组合桨（PR-RDT-PBDT）以及穿流-刚柔组合桨（PRF-RDT-PBDT）体系中的固液两相悬浮特性和桨叶总变形量、等效应力进行了研究。结果表明,在相同功耗下,PRF-RDT-PBDT的最大变形量分别是RDT-PBDT、R-RDT-PBDT、RF-RDT-PBDT、PR-RDT-PBDT的1.984×10⁶倍、1.247×10³倍、1.169倍、1.041×10³倍。PRF-RDT-PBDT的应力大于RDT-PBDT、R-RDT-PBDT、RF-RDT-PBDT的,比PR-RDT-PBDT的应力分布更均匀。PRF-RDT-PBDT体系的固体颗粒最大U_z/U_tip值和最大ε/D²N³值分别比RDT-PBDT、R-RDT-PBDT、RF-RDT-PBDT和PR-RDT-PBDT体系提高了53.08%和80.84%,38.03%和28.42%,22.14%和20.16%,10.85%和5.725%。PRF-RDT-PBDT能够增大与流体之间的相互耦合作用,增大固体颗粒的轴向速度,提高体系的湍动能耗散率,减小搅拌槽底部固体颗粒的堆积程度,提高固体颗粒的悬浮程度。     

偏心搅拌槽固液悬浮特性

以数值模拟对偏心搅拌时的固液悬浮特性进行了研究,物料选用固相体积分数为15%、粒径为135 mm的球形玻璃珠-水两相体系,采用标准k-e湍流模型模拟液相流动,采用欧拉多相流模型模拟悬浮过程,分析了偏心率对搅拌流型、颗粒浓度分布及能量消耗的影响. 结果表明,偏心搅拌时浓度分布比中心搅拌更为均匀,可改善固液悬浮效果,且具有节能功效;不同偏心率的改善效果不同,偏心率e=0.21时悬浮效果最理想,此时的临界悬浮转速约为中心搅拌时的80%,消耗的功率约为中心搅拌时的90%.     

固-液搅拌槽内桨型对颗粒悬浮特性影响的实验和模拟研究

以水为液相,玻璃珠为固相,在固-液搅拌槽内比较了传统径向流Rushton桨、轴向流下推式45°六斜叶桨以及新型半折叶搅拌桨的功耗、泵送能力和对固体颗粒的悬浮效果。并应用CFD （Computational fluid dynamics）方法研究了不同搅拌桨操作下颗粒的轴向速度分布。结果表明：在相同转速下,Rushton桨的功耗最大,新型半折叶桨与下推式45°六斜叶桨的功耗接近;新型半折叶桨的流量准数最大,泵送能力最强;在固-液体系中,新型半折叶桨与下推式45°六斜叶桨的流型类似,但3种桨中新型半折叶桨对固体颗粒的悬浮效果最好。     

固液两相流渐缩管冲刷特性的数值模拟

为研究固液两相流下油气田输送管道渐缩管的冲刷特性,在液固两相流条件下,在Workbench中建立倾角为3°、8°、13°、18°和23°的渐缩管物理模型,利用ANSYS-Fluent软件对渐缩管段进行冲刷特性数值模拟,同时分析入口流速、渐缩段倾角、砂粒浓度、砂粒粒径四个参量对渐缩管段的冲刷破坏规律。结果表明：流速、动压、剪切应力、湍流动能沿渐缩段流动方向逐渐增加,而静压沿渐缩段流动方向逐渐减小,砂粒浓度在渐缩段底部较高。最大冲刷速率随入口流速、渐缩段倾角和砂粒浓度增加而增大,砂粒粒径对冲刷速率的影响较为复杂,随砂粒粒径增加,冲刷速率先减小,后增大,随后又减小,最终趋于平稳。本文固液两相流渐缩管冲刷特性的数值模拟结果可为油气生产中管道变径管段冲刷控制与防护提供有价值的理论指导。     

涡轮桨直径对锥盘底搅拌槽固液混合特性影响

利用CFD技术对锥盘底搅拌槽内的固液两相流混合浓度场进行数值模拟研究,考察了45°圆盘涡轮式搅拌桨直径d对固液混合时间数,单位体积混合能,浓度标准差,湍动能和湍动耗散率,和固相离底悬浮临界转速的影响。研究表明:随着搅拌桨直径的增大,搅拌槽内的流体由轴向流转变为径向流的流型转变高度逐渐减小。桨径比d/D大于0.3时,混合时间数显著减小;d/D小于0.4时,单位体积混合能较小;d/D达到1/3时,单位体积混合能最小。浓度标准差随搅拌桨直径的变化波动较小。d/D小于0.4时,湍动耗散率的增长率较低;d/D大于0.3时,固相离底悬浮临界转速显著减小。从提高混合效率和降低能耗的综合角度考虑,桨径比d/D应控制在0.3—0.4之间。     

乙烯淤浆聚合动态分子量分布模拟计算

以乙烯淤浆聚合反应过程为研究对象,提出动态分子量分布的严格模型的数值计算方法。将动态分子量分布的大规模微分代数混合模型解耦为小规模微分代数方程组动态矩模型与大规模常微分方程组粒数衡算模型,然后通过变量解耦的方法进一步将大规模粒数衡算方程组转换为序贯差分方程组,实现了乙烯动态分子量分布严格模型的数值模拟计算。动态模拟乙烯聚合反应从一个稳态切换到另一个稳态,通过在切换后稳态的分子量分布计算结果与Flory分布计算方法进行比较,两者得到的分子量分布曲线吻合很好,证实了本文提出的动态模拟计算方法的精度和准确度都获得良好的保障。     

改进型INTER-MIG搅拌槽内固液悬浮特性的数值模拟

应用CFD软件Fluent 12.0和并行计算机工作站对双层改进型INTER-MIG桨式搅拌槽内的固液悬浮特性、临界离底悬浮转速及功率消耗进行数值模拟,分析了在固体体积分数as=30%下,转速n、桨叶离底距离C1和桨间距C2等因素对搅拌槽内颗粒悬浮特性的影响. 结果表明,在一定的转速和桨径下,改变C1和C2会改变流场的局部结构,选取适合的C1和C2可使固液混合更均匀,有利于颗粒悬浮和整个搅拌槽传质传热的进行. 最佳桨叶离底高度与槽径比为0.36,最佳桨叶间距与槽径比为0.44;在该最佳工况下临界离底悬浮转速Njs=118.3 r/min;得到既能达到完全离底悬浮、又能使搅拌功耗最小的最佳转速为n=124 r/min.     

利用声发射技术测量搅拌釜的淤浆悬浮高度

根据颗粒运动碰撞搅拌釜壁面产生声波的机理,结合声信号的频谱分析、小波分解和R/S分析,获得了代表颗粒运动的特征信号频段（d1、d2频段）。同时,基于声波特征信号频段能量沿搅拌釜轴向的规律性变化,提出了声波法测量搅拌釜淤浆悬浮高度的判据,即当声波特征信号频段能量或声波特征信号频段能量比出现阶跃性变化时的高度为淤浆悬浮高度。以水-玻璃珠体系为例,研究发现,无论是盘式涡轮还是桨式叶轮的搅拌桨,基于声信号测定淤浆悬浮高度的判据都能较好地得到验证,与目测法相比,其平均相对误差小于10 %,具有较高的精度。由此,获得了一种简单快捷、灵敏准确、非侵入式的搅拌釜淤浆悬浮高度测量技术,能够实现淤浆悬浮高度的实时监控。     

石化管道液固两相流冲蚀磨损的数值模拟研究

液固两相流对管道的冲蚀磨损是石化行业中经常发生的一种管道失效方式。本文采用Fluent中的DPM模型对某炼厂的石化管线进行数值模拟研究,得到了液固两相流条件下整体管线的冲蚀速率分布,并对不同位置的局部管件冲蚀速率进行了分析。模拟结果表明:该管线中盲三通盲管和支管相贯线区域最容易发生冲蚀破坏。本文的研究结果可为工程实际中冲蚀检测提供准确的布点指导。     

稀疏固液搅拌体系流动特性

引　言在固液两相搅拌反应器中 ,固体颗粒的运动行为直接影响到固液两相流的流体力学及传质特性 ,因此 ,近年来对固液两相体系中颗粒的运动行为研究愈来愈受到重视 .对于流体机械混合操作 ,许多情况下流动均处于湍流区域 ,涉及到多相态时 ,问题变得更为复杂 .颗粒和湍流的相互作用 ,很久以来一直是人们研究的基本问题之一[1～ 3] ,对有固体颗粒存在下液相流体速度及湍流脉动变化规律 ,也是研究人员和工程技术人员关注的重点 .现有文献中用激光测量搅拌槽内固液两相流动的数据很少 ,仅Ｎｏｕｒｉ[3] 测量了六直叶涡轮搅拌槽内固液两相速度分…     

搅拌釜内稠密固-液混合的数值模拟

基于颗粒动力学理论对稠密固-液搅拌釜进行模拟,探究固相分布、固相悬浮高度及沉积高度随转速的变化规律。结果表明,采用颗粒动力学理论(KTGF)模型能够较好地预测稠密固-液混合状态。在较低的转速下,釜底的固相浓度较高,桨叶下方、釜壁与釜底的连接处易形成固相的沉积,且搅拌釜上方会出现清液区域。随着转速的增加,固相在轴向分布逐渐均匀,固相沉积区域及固相悬浮高度分别缩小和升高。但是,当转速达到一定程度后,固相均匀度及固相悬浮高度的改善不明显。此外,将固相均匀度法、固相沉积高度法及固相悬浮高度法预测的临界离底悬浮转速与实验数据进行比较,模拟值分别低于、高于和低于实验值。     

阴离子淤浆聚合尼龙6的性能研究

通过阴离子淤浆聚合方法,以氢氧化钠为催化剂、异氰酸酯作活化剂,以惰性脂肪烃为分散剂,在不同的反应时间和140～150℃温度下,制得了不同相对分子质量的尼龙6,最高相对粘度17．5。通过熔融纺丝,获得了可纺性良好的纤维,其断裂强度5．0～6．9 cN／dtex。X衍射测试分析表明,同阴离子本体聚合尼龙6(MC尼龙6)和高粘度尼龙6比较,阴离子淤浆聚合尼龙6在二次成型中更易于生成轫性较好的γ晶型,具有更高的冲击强度。     

乙烯淤浆聚合过程的全联立模拟方法

针对Aspen Plus在乙烯淤浆聚合过程的回流工况中无法收敛的难题,提出建立乙烯淤浆聚合的联立方程模型。基于多活性位的Ziegler-Natta催化剂催化乙烯聚合的机理,依据矩方法理论建立乙烯聚合的过程模型。通过瞬时分子量分布方法,模拟计算了聚乙烯的分子量分布。针对PC-SAFT中的序贯求解模式,提出了基于数据驱动的物性计算方法,通过Kriging估计函数,建立了适用多个工况的、可联立求解的物性计算模型,非聚合物体系误差低于0.3%,聚合物体系误差控制在2%左右。联立方程模型的求解打破了传统的物性计算与流程计算的嵌套式求解模式,实现了真正全联立模拟求解。针对5个不同牌号工况,联立方程模型可以顺利收敛,模拟结果与Aspen计算结果进行了对比。乙烯淤浆聚合模型的全联立求解提高了模型的收敛性,各工况的模拟验证了Kriging函数的PC-SAFT模型的准确性和稳健性。     

导向管液固喷动床的数值模拟研究

本文以液-固两相流理论为基础,用颗粒动力学理论描述颗粒与颗粒间的碰撞,用标准湍流方程模拟液相和颗粒相的湍动,并且考虑液-固两相的相互作用,旨在探索一种工程设计和放大的新方法。对比颗粒循环速率和密相区真实液相流速的模拟结果与实验值,结果吻合较好。