聚氨酯低压混合器内流场的数值模拟

利用计算流体力学软件Fluent,对聚氨酯无卤阻燃墙体保温材料生产线上低压混合器内流场进行三维数值模拟,分析了混合器内流体的速度场、温度场、压力场分布。计算结果表明,混合器内混合段流体速度出现明显波动,有利于物料的混合。物料黏度不变时,随着转速增大混合区域不断减小;转速不变时,随着物料黏度增大混合位置区域不断增大。通过对温度场、速度场的分析,表明搅拌混合效果良好。     

聚氨酯低压混合器内流场的数值模拟和实验研究

为探究聚氨酯低压混合器内流体流动状况以及不同混合头结构对混合器内组分输运过程的影响,利用流体力学软件Fluent,采用标准湍流模型和标准壁面函数,开启组分输运方程,不开启反应方程,对混合器内非稳态组分输运过程进行三维数值模拟。模拟结果表明:混合器内流体流动状况良好,无明显死区,混合器内组分输运过程混合时间为30 s;当叶片层数为8、周向叶片数为8、叶片倾斜角为15°时,混合头的混合效果最好。为验证模拟的可靠性,对混合器内组分输运过程进行实验验证。结果显示:模拟结果与实验数据具有较高的吻合度,最大相对误差低于5%,这表明利用CFD模型对低压混合器内组分输运过程进行预测和模拟是可行的、有效的。     

增强反应注射成型机混合头内流体高压高速对撞过程模拟与分析

以型号为MK?8/12UL?2K的L 形混合头为模型，运用了CFD数值模拟软件对混合头腔内两相物料流体的高压高速对撞进行了模拟分析。通过控制变量法分别探究了流量和黏度对混合结果的影响，同时为了更好地表征玻璃微珠在混合过程中的运动情况，还对整个流场进行了粒子示踪分析。结果表明，增加质量流量会导致混合腔内速度压力的提升，也就是对撞程度变高，对撞的位置会更加偏向于黏度高的物料出口侧；增加黏度会导致混合腔内物料的压力提升速度降低，同时对撞的位置会明显更加偏向于黏度高的物料出口侧，且摩擦力显著增加；粒子停留时间则随质量流量的提高而减短，随物料黏度的提高而增加；通过模拟获得的这些结果为混合头设计及工艺优化工作提供了一定的参考价值。     

固液两相叶片圆盘泵蜗壳内流动数值模拟

为研究叶片圆盘泵蜗壳内固液两相流动规律,应用计算流体力学软件Fluent对模型泵内部的固液两相湍流进行数值模拟。通过对叶轮无叶区和叶片区所对应蜗壳截面速度、压力和颗粒体积分数分布的比较分析。得到了能够反映叶片圆盘泵工作特点的蜗壳内固液两相流动特征。     

微旋流混合器中液体混合特性CFD-PBM数值模拟

微旋流混合器是一种由微旋流气浮演化而来的设备，可以强化物料的混合与传质。文中研究利用CFD-PBM计算模型，研究微旋流混合器内气液两相分布，考察微旋流混合器内流体颗粒粒径分布及变化特性。分别以空气和液相作为气液两相，研究不同气、液相入口流速下的流场形态与相关流体力学参数。结果表明：通入气相会诱导设备内部产生新的循环流动形态，增强宏观混合，直径大于4.0 mm的气泡无法在内筒中的旋流环境中稳定存在，并随着旋流速度逐渐减小，气泡发生聚并，最终演化为4.0—10 mm直径的气泡流出。增加液相入口速度可以增加整体流动速度，同时增加气相体积分数，气相体积分数最高可达到18%。随着气相流速增加，在微旋流混合器内筒下端形成连续空腔。     

稠密固液循环流化床内流体湍流脉动对颗粒分散的影响

通过计算流体动力学模拟研究了固液循环流化床内流体湍流对高浓度颗粒的扩散作用。根据湍流机制下高浓度颗粒在液体中的分散机理,建立了同时考虑颗粒碰撞、流体拖拽和流体湍流扩散输运的欧拉-欧拉双流体模型。利用该模型对稠密固液循环流化床提升管内颗粒的分散运动进行了数值模拟,预测出颗粒轴向速度和体积浓度的径向分布,与相应条件下的实验数据符合很好。表明考虑流体湍流扩散输运的理论模型更能精确预测高浓度颗粒在循环流化床提升管内的运动情况;也表明即使针对以颗粒碰撞为主的稠密固液湍流体系,尺度较大的流体湍流涡也会因促使颗粒扩散输运,影响颗粒空间分布。工作为稠密固液循环流化床内两相流体动力学分析奠定了基础。     

旋转式混合器内流场数值模拟及研究

通过对旋转式Kenics混合元件、间断螺纹混合元件和交错平板混合元件引入CFD数值模拟,比较了高黏度不可压缩流体在不同流量、转速、元件单元数、机筒间隙、长径比下三种旋转式混合器内的应变速率.结果表明,增大入口处流量和转动轴转速,增加元件单元数,减少混合元件与机筒间间隙以及长径比,都有利于提高混合器内的平均应变速率,增强混合效果,在相同条件下间断螺纹元件混合效果最好;不同结构的混合元件存在最优结构参数组合.     

基于SolidWorks Flow Simulation乳化头效果分析

应用SolidWorks软件的Flow Simulation插件对乳化头部件进行了计算流体力学(CFD)分析,模拟了4个CFD项目:(1)流体为水、转速3 000 r/min;(2)流体为一种高黏度流体、转速3 000r/min;(3)流体为水、转速6 000 r/min;(4)流体为一种高黏度流体、转速6 000 r/min。通过流体动力学仿真分析,获得了不同黏度的流体、不同转速下的流场运动分布速度云图及带矢量云图;通过粒子轨迹示踪法,直观地观察到物料粒子在乳化头作用下的分散效果。当流体黏度低时,提高转速可明显提高分散效果,而当流体黏度高时,提高转速对分散效果的改善并不明显。因此,CFD流体分析可为乳化头结构的优化设计提供有力的参考。     

Kenics混合器混合性能的模拟研究

利用Fluent有限元分析软件计算了流体流过Kenics混合器过程中的应变速率,进而分析混合元件转速与旋转式Kenics混合器混合效率的关系,以及混合元件与机筒间隙对静态和旋转式Kenics混合器对混合效率的影响。模拟分析结果表明:旋转式Kenics混合器混合效率随转速增加而提高;减小混合元件与机筒间间隙有利于增加静态Kenics混合器混合效率,但间隙的减小对旋转式Kenics混合器混合效率的影响却很小。     

卧螺离心机内盐析流场的CFD-PBM耦合计算

目前对卧螺离心机内部流场的数值模拟大多采用传统欧拉模型,考虑其内部伴有盐析等固相粒子微观行为过程的研究少有报道。本文应用计算流体力学软件Fluent,基于群体平衡模型与多相流Eulerian模型、RNG k-ε模型耦合方法,对卧螺离心机内部盐析两相流场进行三维数值模拟,通过仿真与实验相结合的方式,得到卧螺离心机内盐析流场的晶体颗粒粒径分布、组分数分布和浓度分布及其变化规律,初步揭示了卧螺离心机内伴有盐析的流场晶体颗粒分布特性。研究结果表明：卧螺离心机内盐析晶体粒径的分布随液环半径的增大而增大,螺旋叶片正壁面粒径明显较背面大,从排液端至排渣端的晶体粒径分布有整体逐渐变大的轴向粒径梯度;流道内晶体粒径随转鼓转速的增大而减小,随进口固相体积分数的增大而增大;大粒径晶体的组分数在液环外侧及螺旋叶片正面附近相对较大,而中、小粒径晶体组分数的分布规律则与之相反;盐析颗粒浓度在液环外侧较高且分布均匀,且随转鼓转速的提高而提高,PBM模型与Euler模型计算结果有一定的相似与差异。     

基于颗粒轨迹分析的分级机切割粒径计算

为研究超细分级机的切割粒径,采用计算流体力学技术对分级机气固两相流进行了数值模拟。计算中气相采用RNG k-ε湍流模型,颗粒相采用随机轨道模型。通过分析颗粒轨迹与切割粒径的关系,揭示了颗粒在分级机内运动的物理机制;通过分析切割粒径随转子转速、风量、喂料浓度和物料密度的变化规律,阐述了各参数对切割粒径的影响。结果表明：切割粒径的理论推算中,忽略叶片厚度的影响将导致计算值偏小;低转速（450 r/min,600 r/min）时,受局部涡流的影响,切割粒径模拟值与理论计算值相差较大,最大误差为13.58%;与风量相比,转速对切割粒径的影响更为显著。模拟结果与理论计算值吻合较好,为求取分级机的切割粒径提供了一种新方法。     

液固流化床内固含率时空分布特性的CFD模拟

采用Brandani等考虑拟平衡状态下颗粒与流体相互作用的双流体模型,通过在商业软件CFX4.4平台上增加用户自定义子程序模拟了高0.5 m、宽0.1 m的二维液固流化床内固含率的时空分布特性。为了保证数值模拟精度、节省计算机运行时间,首先确定了适宜的网格尺度、时间步长和收敛判据。随后,考察了液固两相物性和操作条件对流化床内固含率时空分布特性的影响,模拟结果表明：增大颗粒粒径或密度会使颗粒向下加速运动,导致床层高度下降而垂直方向上任一水平面的平均固含率呈现增大的趋势;减小液体黏度或密度则会使颗粒向下加速运动,导致床层固含率增大;突然增大液速会使颗粒向上加速运动,导致床层固含率减小;升高温度的实质是使液体的黏度和密度均呈现下降的趋势,结果使颗粒向下加速运动,床层固含率增大。上述模拟结果与颗粒受力的理论分析相一致。     

喷射式液液混合器与静态混合器复合应用研究

喷射式液液混合器和静态混合器都是混合过程强化的重要设备。合理设计具有喷射式混合器、静态混合器的复合结构的新混合器,可以解决生产上的难题。新混合器能直接进行两种不同压力流体的混合,使压力较低流体混合后的压力有所提高,保证较好的混合效果,降低能耗,提高经济效益,简化流程。降低投资。     

65 t/h高低差速循环流化床流动特性模拟

对一台65 t/h高低差速循环流化床炉内流动特性进行二维数值模拟。采用基于颗粒动力学理论的欧拉双流体模型来描述气固流动,湍流模型、气固曳力模型和不同粒径颗粒间曳力模型分别采用RNG k-ε per phase模型、Gidaspow模型和Schiller-naumann模型,并应用商业计算流体力学软件Fluent进行数值计算,得到炉内颗粒速度分布、压力分布和颗粒浓度分布,并将压力分布与实测值进行对比。在欧拉双流体模型中分别采用单粒径固相模型和多粒径固相模型,并对模拟结果进行对比分析。结果表明,单粒径固相模型能够较好预测高低差速循环流化床炉内流动特性,为其优化设计、运行及大型化提供了理论依据。     

静态混合器的入口结构对液液分散的影响

静态混合器广泛应用于溶剂萃取,改造静态混合器的入口结构可以提升混合效果。为探究不同入口结构对液液分散的影响,以传统SK型静态混合器、非对流入口静态混合器、Roughton静态混合器、Y-静态混合器4种不同入口结构的静态混合器为研究对象,通过计算流体力学-种群平衡模型（CFD-PBM）数值模拟方法,考察了不同入口结构对静态混合器中液体流速、混合效果和Sauter平均直径（d32）的影响。模拟结果表明：不同入口结构的静态混合器具有显著差异的流体流动状态、混合效果和液液分散效果。混合效果和液液分散效果从好到差依次为Y-静态混合器、Roughton静态混合器、非对流入口静态混合器和传统SK型静态混合器。在混合元件区,4种入口类型的静态混合器的流速相同,但是混合元件发挥混合和分散的作用不同。Y-静态混合器和Roughton静态混合器作为液液分散设备,可以以较少的混合元件数实现高分散效果。     

最大叶片式桨在假塑性流体中的搅拌流场模拟

为研究最大叶片式桨在高黏假塑性流体中的搅拌流动行为,以黄原胶溶液为研究体系,采用计算流体力学方法重点研究了釜内流体的功耗特性、速率分布、剪切速率、表观黏度分布和总体流动状况。结果表明:最大叶片式桨具有与大多数径流桨相似的"双循环"流型结构,且预测的功耗特性与实验数据一致性良好。最大叶片式桨适用于高黏假塑性流体的混合,而对于高黏牛顿流体的混合则效果不佳。釜内的剪切速率分布较宽泛,且受转速影响较大。转速可作为该桨改善黄原胶体系混合效率的重要参数之一。     

浆态床内固含率轴向分布的数值模拟

采用DBS曳力模型计算气液相间作用,分别采用Gidaspow曳力模型、经Brucato修正的Gidaspow曳力模型和Schiller?Naumann曳力模型计算液固相间作用,忽略气固间的直接作用,对比了浆态床内不同颗粒粒径体系轴向固含率的模拟和实验结果. 结果表明,不同液固相间曳力模型对气含率的预测影响不大;在颗粒粒径较大(140 ?m)的体系中,较低表观气速下气液DBS与液固Schiller?Naumann曳力模型组合模拟的固含率随床高度增加而减小,与实验结果吻合,而其它曳力模型组合的模拟结果较差,轴向分布较均匀;在颗粒粒径较小(35 ?m)的体系中,几种曳力模型组合的模拟结果均与实验结果吻合较好,轴向分布较均匀.     

基于离散元方法的差动自清洁混合器混合特性研究

采用离散元方法对LIST卧式差动双轴搅拌设备内高密度聚乙烯（PE?HD）填充碳酸钙复合材料的混合过程进行了仿真模拟,研究了不同加料速率及不同转速条件对该类自清洁混合器混合腔内物料充满度、物料停留时间分布及混合均匀程度的影响。结果表明,该类自清洁混合器的轴向输送能力主要由后续物料的推动作用实现,采用高速轴转速40 r/min,加料速率为10 kg/h的工艺参数可以获得最佳的混合均匀程度。     

弯曲微通道中液滴内混合过程的数值模拟研究

微混合器内采用多相流操作条件使混合在液滴中进行,能有效提高微混合器的混合效率以及消除单相流操作条件下所存在的分散效应。在流体体积函数法(VOF)的计算流体力学基础上,分别采用欧拉-示踪剂法以及拉格朗日-示踪粒子法对弯曲微通道中液滴内部的混合状态演变过程进行模拟研究,得到了液滴经过通道不同位置其内部的混合快照图并计算了其混合程度的变化。两种方法都显示在液滴通过蛇形弯曲微混合器时,液滴内部产生了混沌流。正是由于混沌混合现象的存在,使得液滴内混合组分能够达到快速有效地混合,混合效率较高。对两种不同模拟方法及实验结果的比较发现,欧拉-示踪剂法能够更好地模拟实际的混合效果,而拉格朗日-示踪粒子法能够更清晰地模拟混合组分界面的变化情况,适用于研究液滴内混沌混合现象。     

流化床内颗粒流体两相流的CFD模拟

采用先进的CFD模拟技术分析流化床内两相复杂体系的非线性流体动力学特征已得到普遍认同,但是由于不同研究者对颗粒与颗粒以及颗粒与流体之间相互作用力认识的差异,导致欧拉-欧拉框架下动量守恒方程的不同表达形式。本文在总结文献中有关颗粒黏性力、固相压力和两相间作用力的基础上,从双流体理论出发,提出了一个考虑拟平衡态下固体颗粒对流体相和固相动量守恒方程均有影响的简捷流体动力学模型。该模型的主要特点是表征颗粒离散属性的特征长度视为颗粒直径的同一数量级。随后在CFX4.4商业化软件平台上通过增加用户自定义子程序,对网格尺度、时间步长和最大颗粒堆积率的无关性进行检验,介绍了作者近年来采用该模型模拟二维/三维流化床内液固体系的散式流态化、气固Geldart A类物料的散式/聚式流态化和床层塌落特性以及Geldart B/D类物料的鼓泡/射流流态化和床层塌落的研究进展。模拟的主要结果与经典理论、本研究实验和文献报道数据相一致,说明该模型可以用来预测流化床内密相颗粒流体体系的动力学特性。