新型搪玻璃搅拌桨搅拌特性数值模拟及实验研究

采用CFD方法模拟了具有相同桨径、不同桨叶折角和叶宽结构的6种新型搪玻璃搅拌桨的搅拌特性。考察了挡板、桨叶离底高度对釜内流场的影响,基于此分析了桨叶折角、叶宽对速度分布的影响。对模拟得到的搅拌功率和混合时间进行了实验验证,并与传统搪玻璃桨式搅拌器进行比较。结果表明：①新型桨叶在加挡板且桨叶离底高度为450 mm时,搅拌效果最佳;②随桨叶折角、叶宽的增大,桨叶区轴向、径向和切向速度均呈增大趋势,当桨叶折角为45°、叶宽为95 mm时,釜内混合效果最好;③随转速增大,搅拌功率呈增大趋势,混合时间呈减小趋势,新型桨明显比传统桨混合性能好,桨叶折角为30°、叶宽95 mm时功率消耗最低,桨叶折角为35°、叶宽95 mm时混合时间最短。     

双层翼型桨搅拌槽内流动特性的PIV研究

在直径0.476 m的搅拌槽内,采用粒子图像测速技术对双层三叶CBY翼型桨搅拌槽内的流场进行了研究,考察了层间距、浸没深度和离底高度等参数对流场分布的影响. 结果表明,层间距H2≤0.6T(T为搅拌槽直径)时,槽内可形成整体的轴向循环流动,H2≥0.7T时槽内将产生分区流动现象. 浸没深度对桨叶排出流区域的速度影响很小. 降低下层桨的离底高度能加强下层桨的径向流动,并增大上层桨叶轮区和循环区流体的轴向流动.     

几种单层桨搅拌槽内宏观混合特性的比较

为了丰富对向心桨的混合特性的认识,比较了向心桨、Rushton桨、三斜叶桨和穿流桨的单层桨搅拌槽内的宏观混合特性,考察了搅拌转速、桨叶离底高度对搅拌槽混合时间和功率特性的影响。结果表明,四种桨的宏观混合时间均随着搅拌转速的增加而减少,搅拌功率均随转速的增加逐渐增大。当转速相同时,四种桨型中Rushton桨的功率消耗最大,三斜叶桨功率消耗最小,向心桨的功率消耗仅仅比三斜叶桨高。桨叶离底高度的变化对四种桨型的混合时间和功率的影响不尽相同。混合效率的影响因素大小顺序为：搅拌转速>桨型>桨叶离底高度。在考察的四种桨型中,向心桨的混合效率最高。研究成果可为向心桨等新型搅拌桨的工业应用积累实验数据,为其优化设计和放大提供理论依据。     

磷酸陈化槽内桨叶高度对颗粒悬浮特性影响的数值模拟

以磷酸陈化槽为研究对象,使用计算流体力学软件FLUENT对陈化槽内的磷石膏固体颗粒的悬浮特性进行了数值模拟,模拟结果表明在高搅拌转速条件下,过大或过小的桨叶离底高度都不利于颗粒悬浮,搅拌功率随着桨叶的离底距离先增大,然后趋于稳定,但是离底距离对搅拌功率的影响较小,可以忽略不计,结合搅拌槽内固相的浓度分布情况,得出相对最好的桨叶离底距离为陈化槽直径的0.33倍。     

单层钢丝柔性桨强化搅拌槽中流体混沌混合行为

实验运用扭矩传感器测量搅拌功率特性,Matlab软件编程计算最大Lyapunov指数(LE_(max)),流场可视化技术观测流体混合状态。研究了桨叶类型、桨叶离底距离、柔性钢丝长度、柔性钢丝直径对混合效率数(Ce)、LE_(max)的影响。结果表明:单层钢丝柔性桨通过刚-柔-流耦合作用,改变流场结构和能量耗散方式,提高了流体混沌混合程度,实现了流体的高效节能混合;当转速为120 r·min-1时,与传统刚性桨相比,单层钢丝柔性桨使流体Ce减小了87.4%,LE_(max)增大了53.2%,与单层钢丝刚性桨相比,单层钢丝柔性桨使流体Ce减小了43.8%,LE_(max)增大了10.8%。另外,当搅拌转速相同时,柔性钢丝越长,越有利于流体混沌混合,但其功耗也会随之明显增加;当柔性钢丝直径为0.8 mm,桨叶离底距离为0.25T(T为搅拌槽内径)时,各个转速对应的Ce小于其他情况、LE_(max)大于其他情况,流体达到相对最佳混沌混合状态。     

几种单层桨搅拌槽内宏观混合特性的比较

为了丰富对向心桨的混合特性的认识,比较了向心桨、Rushton桨、三斜叶桨和穿流桨的单层桨搅拌槽内的宏观混合特性,考察了搅拌转速、桨叶离底高度对搅拌槽混合时间和功率特性的影响。结果表明,四种桨的宏观混合时间均随着搅拌转速的增加而减少,搅拌功率均随转速的增加逐渐增大。当转速相同时,四种桨型中Rushton桨的功率消耗最大,三斜叶桨功率消耗最小,向心桨的功率消耗仅仅比三斜叶桨高。桨叶离底高度的变化对四种桨型的混合时间和功率的影响不尽相同。混合效率的影响因素大小顺序为:搅拌转速桨型桨叶离底高度。在考察的四种桨型中,向心桨的混合效率最高。研究成果可为向心桨等新型搅拌桨的工业应用积累实验数据,为其优化设计和放大提供理论依据。     

无挡板搅拌槽中液－固体系的分散特性

在内径0.3 m、高0.45 m的无挡板搅拌槽内,采用直径0.15 m的三叶70o下推斜叶透平桨(PBTD, Pitched Blade Turbine Downflow)进行水-二氧化硅两相体系液固分散特性的研究. 应用PC-6A粉体浓度测量仪对体系中颗粒局部浓度进行测定. 考察了颗粒平均相含率为0.005的条件下,不同搅拌转速、搅拌桨离底高度对颗粒局部浓度分布的影响. 结果表明,采用较高搅拌转速、较低的搅拌桨离底高度有利于固体颗粒的悬浮. 本实验中,在搅拌转速为173 r/min、搅拌桨离底高度为0.08 m的操作条件下,颗粒悬浮效果最好.     

湿法磷酸固-液体系混沌混合与浸出强化行为

湿法磷酸浸出过程中,传统刚性搅拌桨的作用方式主要是剪切作用,容易形成对称性流场结构,降低搅拌效率。实验考察了桨叶类型、离底高度、搅拌速度、柔性钢丝绳长度、柔性钢丝直径对磷矿浸出率及最大Lyapunov指数(LLE)的影响。实验结果表明:刚柔组合桨通过刚-柔-流的耦合作用,改善流场的结构,提高了流体混沌混合效果。当搅拌转速225 r/min,浸出时间120 min,离底高度h=T/4,柔性钢丝绳直径d=0.42r,柔性钢丝绳长度L=1.3T时,刚柔组合桨的最大Lyapunov指数达到0.09071,磷矿浸出率提高了10.8%。另外,在相同的功耗(Pv=9890 W/m3)条件下,刚柔组合桨使反应器内的悬浮均匀度和渣中磷含量分别降低了40.8%和17.67%,有效地改善了晶体的形貌,提高了磷石膏的过滤性能,强化了颗粒的混合与浸出。     

单层钢丝柔性桨强化搅拌槽中流体混沌混合行为

实验运用扭矩传感器测量搅拌功率特性,Matlab软件编程计算最大Lyapunov指数（LE_max）,流场可视化技术观测流体混合状态。研究了桨叶类型、桨叶离底距离、柔性钢丝长度、柔性钢丝直径对混合效率数（C_e）、LE_max的影响。结果表明：单层钢丝柔性桨通过刚-柔-流耦合作用,改变流场结构和能量耗散方式,提高了流体混沌混合程度,实现了流体的高效节能混合;当转速为120 r·min⁻¹时,与传统刚性桨相比,单层钢丝柔性桨使流体C_e减小了87.4%,LE_max增大了53.2%,与单层钢丝刚性桨相比,单层钢丝柔性桨使流体C_e减小了43.8%,LE_max增大了10.8%。另外,当搅拌转速相同时,柔性钢丝越长,越有利于流体混沌混合,但其功耗也会随之明显增加;当柔性钢丝直径为0.8 mm,桨叶离底距离为0.25T（T为搅拌槽内径）时,各个转速对应的C_e小于其他情况、LE_max大于其他情况,流体达到相对最佳混沌混合状态。     

高固含搅拌槽内临界离底悬浮转速的数值模拟

使用计算流体软件CFX5.5.1对固液搅拌槽内颗粒的临界离底悬浮转速进行了数值模拟. 搅拌槽直径D=0.476 m,搅拌桨为三叶CBY螺旋桨. 桨叶安装高度h=D/3. 固液两相为玻璃珠-水,固体体积浓度为15%~50%. 对临界离底悬浮的速度判据进行了修正,并利用浓度判据与修正的速度判据得到颗粒临界离底悬浮转速Njs,模拟计算结果与实验数据的误差在工业允许的范围内. 同时,对临界离底悬浮状态槽底部不同浓度下的流体湍流动能的分布情况以及大小进行了预测,并对2种固体临界离底悬浮机理进行了验证.     

气升式内循环反应器的数值模拟和结构参数

采用Euler-Euler双流体模型对内循环反应器(高1240 mm,直径165 mm,导流筒高590 mm)进行数值模拟,考察了表观气速、导流筒结构(导流筒内径比Dt/D,底隙高度)对反应器内上升区、下降区流体力学参数(气含率、液体速度)的影响. 结果显示,表观气速、导流筒内径、底隙高度对反应器气含率、液体速度有很大影响,随表观气速增加,反应器上升区、下降区气含率都增加,导流筒内径比为0.58时更易实现气液循环,底隙高度为30 mm时反应器内下降区气含率、气液速度都最小;气液分离器角度越大,进入下降区的气体越多,当气液分离器角度为45o时,能更好地实现气液循环.     

垂直筛板流化床中FCC催化剂的流化性能

以FCC催化剂颗粒研究垂直筛板流化床内构件对气固两相流化性能的影响,考察了板孔气速、颗粒循环量和帽罩开孔比等筛板结构对流化床压降和提升量强度的影响. 结果表明,气固两相总体逆流流动条件下,帽罩内气速达4 m/s,气固高速并流喷射无气泡,两相接触好、返混小,属快速流态化. 由于没有气泡,床层压力波动小,在塔板上颗粒返混小. 垂直筛板压降随板孔气速、帽罩底隙高度增大而增大,随帽罩开孔比、板孔径增大而减小,颗粒提升量大,床层压降大. 提升量强度随板孔气速、帽罩底隙高度、颗粒循环量增加而增大,随帽罩高度与塔节高度比增大而减少,随帽罩筛孔孔径变化存在最大值. 当帽罩开孔比为1.2~2.5、板孔面积与帽罩截面积比为0.42、帽罩底隙高与板孔孔径比为0.36~0.64时帽罩流化性能较好.     

废钢在底吹反应器中运动熔化及混匀的水模型实验

通过水模型实验,使用饱和氯化钾溶液制作的冰样模拟重型废钢,研究其在底吹气体搅拌反应器中的运动、融化及溶质的混匀规律。探究了单孔吹气模式下的液面高度、双孔吹气方式下的气体流量等因素对其的影响。结果表明,单孔吹气时,液面高度较低时(液面高度与直径比为0.42),气柱发展不充分,容器内环流较弱,盐球在气柱上下往复运动,融化较为缓慢。随着液面高度增加(液面高度与直径比为1.04),盐球随着环流运动,融化过程加快,按照98%标准得到的KCl的混匀时间甚至低于融化时间。双孔吹气时,A孔气体流量0.8 m3/h不变,B孔气体流量为0.5和1.0 m3/h时,盐球从吹气孔A上方加入后,在容器底部停留一段时间,在60~70 s之后才运动到顶部,沿着环流运动;B孔流量增加至1.5 m3/h时,盐球不会在底部停留,随气柱运动到吹气流量大的一侧的羽流区,其融化过程较快。在双孔吹气方案中,也发现了KCl的混匀时间低于融化时间的规律,这和融化末期盐球质量较小,释放的盐分较少有关。在本研究中,双孔吹气对盐球融化的促进作用不如单孔吹气且流量较大的方案。     

一种具有搅拌桨的微波夹层反应釜内多物理场特性研究

微波加热化学反应速度快、效率高,因此微波反应器被应用于辅助化工生产中。然而,加热不均匀是目前微波加热化学反应的主要问题,因此在微波夹层反应釜内引入流体搅拌桨,并采用COMSOL仿真软件将麦克斯韦方程、传热方程和流动方程进行多物理场耦合计算,探讨物料介电特性、微波功率和搅拌桨参数对微波加热特性的影响,研究发现:(1)当物料的相对介电常数在(2.16-0.28j)~(2.73-0.13j)之间时,微波加热均匀性较好;(2)加热2 s后,微波加热均匀性呈现出规律性变化;(3)随着微波功率的增大,相同加热时间下物料温升变快,但搅拌功耗也越高;(4)叶轮直径和搅拌转速越大,物料的温度变异系数越低,微波加热均匀性越好;变异系数随着叶轮离底间隙的增大先减小后增大,功耗随着离底间隙的增大线性减小;(5)搅拌桨参数对功耗和温度变异系数影响的显著性为:搅拌转速>叶轮直径>离底间隙。     

搅拌槽中固液悬浮及其放大的研究

研究了具有盘管、碟形底和斜叶涡轮固液悬浮搅拌槽的放大规律。试验用槽径（外径）分别为０．２ｍ、０．５ｍ和１．０ｍ的三个有机玻璃搅拌槽。用激光法测定悬浮液浓度。得出离底悬浮及均匀悬浮时搅拌转速和比功率的经验关联式，与测定槽内轴向速度分布所导出的均匀悬浮方程相吻合，并表明槽径的放大指数主要由循环流数所决定。     

POWER CONSUMPTION IN MECHANICALLY AGITATED CONTACTORS USING PITCHED BLADED TURBINE IMPELLERS

Power consumption was measured in mechanically agitated contactors of internal diameter 0.3 m, 0.57 m, 1.0 m and 1.5 m. Tap water was used as a liquid in all the experiments. The impeller speed was varied in the range of 0.3-13.33 r/s. Three types of impellers, namely disc turbine (DT), pitched-blade downflow turbine (PTD) and pitched blade upflow turbine (PTU) were employed. The ratio of the impeller diameter to vessel diameter (D/T) and the ratio of impeller blade width to impeller diameter (W/D) were varied over a wide range. The effects of impeller clearance from the tank bottom (C), blade angle (φ), total liquid height (H/T), number of impeller blades (n_b) and blade thickness (t_b) were studied in detail. Power consumption was measured using a torque table

Power number was found to have a strong dependence on the flow pattern generated by the impeller. Unlike, DT and PTU, the power number of PTD was found to increase with a decrease in clearance. The PTD (T/3) was found to have the lowest power number in all the vessels and the power number increased with either a decrease or an increase in the impeller diameter from T/3. The dependence of power number on impeller diameter was found to be more prominent when the D/T ratio was more than 0.3. In general, the power number was found to increase with an increase in blade angle and blade width. The effect of blade width was found to be more prominent in larger diameter vessels. A correlation has been developed for power number in the case of PTD impellers.     

反胶团萃取磷酸溶液中镁的动力学

采用恒界面池研究了二壬基萘磺酸(DNNSA)-煤油-磷酸体系萃取镁离子的动力学.考察了搅拌转速和传质界面积对萃取速率的影响,实验结果表明:磷酸中镁离子的萃取速率在200 r·min~(-1)时出现与搅拌强度无关的化学反应动力学"坪区",此时萃取速率正比于两相接触面积,说明萃取过程为界面化学反应控制过程.在动力学"坪区",镁离子萃取速率正比于萃取剂浓度和水相镁离子浓度,随着温度升高萃取速率增加;萃取反应活化能为70.01 kJ·mol~(-1),并得到了DNNSA萃取磷酸中镁离子的萃取动力学方程.     

粉体搅拌扭矩的试验及关联式

在直径为480mm的平底搅拌槽内,采用平均直径为4.89μm的氢氧化铝粉体进行搅拌扭矩的试验。通过扭矩传感器测量3种不同型式（开启涡轮XCK、二叶直桨PJ和管形桨GXJ）的6个搅拌器（XCK348、XCK290、PJ348、PJ232、GXJ348和GXJ232）的扭矩。试验结果表明：针对不同的搅拌器型式,搅拌器的扭矩增加幅度从高到低的排序是XCK348＞GXJ348＞PJ348＞XCK290。随着粉体高度的增加,GXJ348搅动效果相对较好。相同工况下搅拌的扭矩随着转速增加而有所下降。搅拌的扭矩大小主要是和搅拌器离粉体表面的高度和搅拌的Froude数有关。对于搅拌器组合,当间距较大时各层搅拌器互相不影响;当层间距与搅拌器直径之比小于0.32时,各层搅拌器存在相互作用。通过扭矩的量纲分析和搅拌粉体的受力分析,分别获得了3种搅拌器型式的扭矩关联式。     

相反转法制备超细Bi-Pb-Sn-Cd易熔合金粉

用相反转法将含分散剂的水滴加到熔融的Bi-Pb-Sn-Cd易熔合金液中,制备了一系列超细合金粉,使超细粉的制备与表面修饰同步进行,系统研究了制备过程中温度、搅拌速度和分散剂浓度对超细合金粉粒径的影响。实验结果表明,随着水在合金液中含量的增加,体系发生相转变,合金从连续相逐渐破裂成分散相而形成超细金属粉,同时改性剂以物理吸附的方式对超细金属粉进行表面改性;制备温度、搅拌速度和分散剂浓度对合金粉粒径有明显影响,以浓度为1%的油酸钠为分散剂,温度为85℃,搅拌速度为1750r.min-1,可制得平均粒径为0.3μm的超细Bi-Pb-Sn-Cd合金粉。为获得满意粒径和表面改性效果的超细合金粉,必须将制备温度、搅拌速度和分散剂浓度控制在适当的范围。