固-液导流简搅拌槽内流体流动和颗粒悬浮特性

在直径0．8m的导流筒搅拌槽内，对单相液体的三维速度分布、固-液两相的固体颗粒浓度分布和离底悬浮特性进行了系统的实验研究．结果表明，导流筒内外的轴向液相速度远大于径向和切向速度，导流筒外壁附近存在一个与主体轴向流动方向相反的二次流区域；搅拌槽底部结构对固体颗粒的临界离底悬浮转速（NJS）有显著的影响，浅锥底的NJS比平底的低14％以上；NJS随固相浓度的增加而增加，但当浓度超过50％时，NJS略有降低；槽内固相浓度分布的均匀性随固相浓度的增加而得到改善．本研究结果对导流筒搅拌槽的优化设计具有一定的指导意义．     

固-液导流筒搅拌槽内流体流动和颗粒悬浮特性

在直径0.8 m的导流筒搅拌槽内,对单相液体的三维速度分布、固-液两相的固体颗粒浓度分布和离底悬浮特性进行了系统的实验研究. 结果表明,导流筒内外的轴向液相速度远大于径向和切向速度,导流筒外壁附近存在一个与主体轴向流动方向相反的二次流区域;搅拌槽底部结构对固体颗粒的临界离底悬浮转速(NJS)有显著的影响,浅锥底的NJS比平底的低14%以上;NJS随固相浓度的增加而增加,但当浓度超过50%时,NJS略有降低;槽内固相浓度分布的均匀性随固相浓度的增加而得到改善. 本研究结果对导流筒搅拌槽的优化设计具有一定的指导意义.     

侧伸式搅拌槽固液悬浮性能

采用f2 m′4.2 m侧伸式搅拌槽,研究了搅拌桨安装位置、通气速率、固体颗粒浓度和液位高度对侧伸式搅拌槽颗粒悬浮性能的影响. 结果表明,搅拌轴水平偏转角对功率准数的影响很小,均布式为侧伸式搅拌槽搅拌桨的最佳排布方式,最佳偏转角bopt=10o;临界转速NJS最小值出现在搅拌桨伸入长度/搅拌桨直径比L/d=1.44处;降低搅拌桨安装高度h为0.75d左右,相比于传统的h=1.5d可减少约30%能耗;液位高度/搅拌槽直径比H/T<0.5时,NJS随H的升高而迅速增大. 得到了通气量QV与NJS的关系式NJSG-NJS=1.46QV1.15和固相浓度w对NJS影响的关系式NJSμw0.27.     

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.     

固、液系机械搅拌槽中颗粒悬浮特性的研究

在一直径为700mm 的搅拌槽中研究了桨结构和模拟物料性质对颗粒的轴向浓度分布,临界搅拌转速和功率消耗的影响。认为 d=0.4 D 的6IBT(45°)折叶桨最适合用于固液悬浮。对只要求实现临界悬浮的过程,用单桨比用双桨省功;对要求实现较均匀悬浮的过程,采用双桨时不但省功而且操作转速低。经对实验数据的回归处理得到临界搅拌转速和功率准数的经验关联式如下:(1)6IBT(45°)桨:(■)(2)4IBT(45。)桨:(■)(3)45°折叶桨:(■)     

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%.     

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。     

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。     

搅拌槽内固液悬浮和气液分散的实验研究

在实验室提出的新型三相搅拌槽——自吸式龙卷流型搅拌槽中,采用六直叶圆盘涡轮桨进行三相混合性能的实验。从固液悬浮、气液分散和传质性能等方面对搅拌槽进行了研究,探讨了固相颗粒对气含率和传质性能的影响,得到了搅拌槽中不同性能参数的变化规律。结果表明:自吸式龙卷流型搅拌槽作为一种新型的三相搅拌槽,能够获得良好的固液悬浮和气液分散效果;当搅拌槽内固相体积分率较低(φ<20%)时,可采用颗粒的壁面堆积高度作为完全悬浮状态的判定标准;固相颗粒的存在会使气含率明显降低,但对传质性能的影响较为复杂,φ<5%时的体积传氧系数K L a高于纯溶液,φ>5%时的K L a低于纯溶液,但都随固相体积分率的增加而降低。     

搅拌槽内固液悬浮和气液分散的实验研究

在实验室提出的新型三相搅拌槽——自吸式龙卷流型搅拌槽中,采用六直叶圆盘涡轮桨进行三相混合性能的实验。从固液悬浮、气液分散和传质性能等方面对搅拌槽进行了研究,探讨了固相颗粒对气含率和传质性能的影响,得到了搅拌槽中不同性能参数的变化规律。结果表明:自吸式龙卷流型搅拌槽作为一种新型的三相搅拌槽,能够获得良好的固液悬浮和气液分散效果;当搅拌槽内固相体积分率较低(φ20%)时,可采用颗粒的壁面堆积高度作为完全悬浮状态的判定标准;固相颗粒的存在会使气含率明显降低,但对传质性能的影响较为复杂,φ5%时的体积传氧系数K L a高于纯溶液,φ5%时的K L a低于纯溶液,但都随固相体积分率的增加而降低。     

内加热搅拌釜中改进型INTER-MIG桨的传热性能

通过实验与数值模拟,以水为工作介质,在直径D=0.5 m的内盘管加热搅拌釜中对双层正交排列的改进型INTER-MIG浆搅拌器不同转速下的温度场、盘管外侧的温度边界层及传热系数进行研究. 结果表明,实验与数值模拟的温度误差在2 K以内;搅拌釜内温度从上到下、从内到外呈升高趋势,最大温差基本保持在1 K之内;根据实验数据拟合得盘管外侧传热系数的关联式为Nu=0.0337Re0.925Pr1/3(d/D)0.1(dco/D)0.5,计算与实测值的平均偏差为7.64%;盘管外侧温度边界层平均厚度为3.66 mm,在合理范围内.     

搅拌槽内液-固两相体系的数值研究(Ⅱ)临界搅拌转速的预测

The critical impeller speed, NJS, for complete suspension of solid particles in the agitated solid-liquid two-phase system in baffled stirred tanks with a standard Rushton impeller is predicted using the computational procedure proposed in Part Ⅰ. Three different numerical criteria are tested for determining the critical solid suspension. The predicted NJS is compared with those obtained from several empirical correlations. It is suggested the most reasonable criterion for determining the complete suspension of solid particles is the positive sign of simulated axial velocity of solid phase at the location where the solid particles are most difficult to be suspended.     

改进型INTER-MIG桨种分槽内混合过程的实验研究及大涡模拟

采用褪色实验法和数值模拟相结合的方法对双层改进型INTER-MIG桨种分槽内的混合过程进行研究,用高速相机记录实验中种分槽内的混合过程,结合大涡模型(LES)及动态Smagorinsky–Lilly模式亚格子模型求解湍流流动及示踪剂传递过程.结果表明,在近液面处加料时LES预测的混合过程与实验吻合,示踪剂呈螺旋状扩散,但预测的混合时间偏大;最佳加料点位于下层桨叶附近区域,其混合效率比在近液面处加料高17.16%;槽体中部区域监测到的混合时间最小,并分别向槽顶和槽底方向增大;改进型INTER-MIG桨种分槽槽底区域是混合困难区域.     

新型自吸式多相搅拌槽临界悬浮特性的实验研究

在不通气的情况下,对新型多相搅拌槽进行实验,得出了其固相含量w、颗粒密度r、搅拌槽内径D与临界悬浮转速Nc的关系,在相同条件下,与给定结构尺寸的标准搅拌槽对比了临界悬浮转速. 结果表明,Nc随固相分率j增加和粒径dp增大而增大,不利于达到良好的悬浮效果;固相颗粒密度越大,临界悬浮转速随之增大;槽径增大使达到悬浮状态的临界转速降低. 该新型搅拌槽临界悬浮转速的关联式是Nc=6.3dp0.21(gDr/rL)0.45w0.19/D0.55;同一固相分率下,新型多相搅拌槽的临界悬浮转速比标准搅拌槽降低了30%,在较低转速下就能使颗粒悬浮.     

立式圆槽内多轴搅拌器固-液悬浮性能

在直径(T)为2 m、高(H)为0.8 m的圆形搅拌槽内,采用三桨搅拌,桨型为CBY III(桨径D=0.174 m),3个桨在槽内均匀分布,通过对临界悬浮叶端线速度、沉积面积的分析,研究了搅拌桨槽内最优安装位置. 结果表明,最优径向安装位置为距壁面0.285R(R为圆形搅拌槽半径,m)处;液位为0.3T时的搅拌效果优于0.2T和0.25T;但液位在一定(0.2T~0.3T)范围内对功率的影响微小. 对比分析实验结果与文献数据可知,达到相同完全悬浮状态,立式多轴搅拌的功率消耗为单轴情况下(D=0.731 m)的2.8倍,但立式多轴搅拌器的制造成本更低;与侧伸式搅拌相比,5%沉积面积时立式多轴搅拌节省20%能耗,且安装维护更简便,在大型储罐中具有广泛的工业应用前景.