基于Fluent的大型苏氨酸发酵罐内搅拌流场仿真分析

以大型苏氨酸发酵罐内流场为研究对象,利用Fluent软件,采用了多重坐标参考系法(MRF)以及欧拉(Eulerain)模型,结合苏氨酸发酵过程中工艺参数,对发酵罐内四档搅拌桨组合的搅拌过程进行单相流、气液两相流数值模拟,研究分析了发酵罐内流场情况、搅拌桨功率大小以及含气率等参数。结果表明,液面升高对已浸没的搅拌桨功率影响不大;发酵过程中密度增大会导致搅拌桨功率增加,二者呈近似正比例关系;通气后搅拌桨总功率下降了20.9%,溶液平均含气率稳定在21.4%左右。     

苏氨酸发酵罐内不同搅拌桨组合下流场模拟

针对目前工业大型苏氨酸发酵罐搅拌设备在设计过程中依赖传统经验的现状,课题组基于CFD技术模拟了发酵罐内不同搅拌桨组合下的搅拌流场,根据模拟试验结果,为设计提供数据支持。从模拟结果中提取了罐内底桨处的流速大小分布情况,同时研究了罐内特征线上的流速分布情况;利用Patch方法,研究了搅拌流场的混合时间,试验给出了搅拌桨功率,结合二者分析了搅拌桨组合的混合效率。结果表明上3层搅拌桨选用3斜直叶桨,底层桨选用6叶前抛物线式圆盘涡轮桨的搅拌组合为较优组合。模拟试验结果及分析为苏氨酸发酵罐搅拌器的设计提供了参考。     

3300 m~3大型气升式环流反应器数值研究

针对目前机械搅拌餐厨垃圾厌氧发酵罐存在搅拌能耗高、流场混合效果差等问题,课题组提出了气升式环流反应器。采用FLUENT软件对大型气升式环流反应器内气液两相流流场进行数值模拟,研究导流筒直径的变化对反应器内流场、气相体积分数和循环液速的影响。模拟结果表明:反应器内介质形成循环流动时,导流筒内侧沿壁处出现区域小面积环流。改变导流筒的直径及高度对反应器内气相体积分数影响较小,当导流筒直径为2. 5～2. 9 m或导流筒高度为15. 2～15. 8 m时,反应器内液体速率较大,环流效果较好。增大表观气速,反应器内气相体积分数和液体速率均有所增大。文中研究为大型环流反应器的结构优化提供参考。     

基于Fluent的搅拌桨数值仿真及结构优化

针对固-液两相流物料搅拌机,运用计算流体动力学数值方法,通过RNG-湍流模型、欧拉多相流模型进行数值仿真,在搅拌叶片安装间距和搅拌臂长度不同的搅拌桨作用下,分析卧式粉料搅拌机搅拌槽内的流场分布以及固体相的体积分数分布情况。基于数值模拟结果,选择合适的搅拌桨结构参数,可为进一步的优化提供理论参考。     

基于CFD的不同搅拌组合多相流流场研究

针对在设计发酵搅拌设备过程中往往依赖经验判断传质混合效果以及能耗等的现状,课题组利用CFD技术对设计的4种搅拌模型进行气液两相流非稳态数值模拟.模拟采用了多面体网格划分物理模型以及滑移网格模型法求解,探究了其速度场、气相体积分数和功率耗损情况.结果表明:相同工况下,不同搅拌组合的流场特性差异较大;上桨采用径向流桨的搅拌...     

公共餐厨垃圾饲料化利用的混合菌发酵工艺

为了实现餐厨垃圾的饲料化利用和有效贮藏,该实验模拟实际生产条件,对公共餐厨垃圾厌氧发酵工艺进行了研究。以混合菌发酵的公共餐厨垃圾样品作为菌种,分为4个处理组:(A)调酸+未灭菌、(B)调酸+灭菌、(C)泡菜水+未灭菌和(D)泡菜水+灭菌,于室温下厌氧发酵14 d,分别测定发酵过程中的有害微生物、pH值、乳酸、水分、脂肪、蛋白质和纤维素含量。结果表明,4组的有害微生物如金黄色葡萄球菌和沙门氏菌均未检出,pH值分别达到3.38、3.38、3.34和3.39,乳酸质量分数分别为1.19%、0.43%、0.90%和0.73%,淀粉、脂肪、蛋白质和纤维素等营养成分则未见显著变化。该实验说明餐厨垃圾发酵后未腐败变质,可延长贮藏时间,其中(A)调酸+未灭菌发酵效果最好。因此,混合菌发酵工艺可以实现公共餐厨垃圾饲料化利用。     

双层桨搅拌槽内流场的数值模拟

利用Fluent软件对双层六直叶涡轮桨搅拌槽内的流场进行整体数值模拟,选用标准湍流模型及滑移网格法,考察搅拌桨高度对流场结构的影响,模拟得到搅拌槽内的流场分布和功率消耗,并同文献试验结果进行对比。结果表明:桨叶的空间位置的变化对搅拌槽流场性能的影响是非常明显的,改变双层桨叶位置分别产生了平行流、合并流和分散流,模拟成功预测了搅拌槽内速度分布和漩涡位置,3种流型的功率消耗存在较大的差异,平行流时的功耗最大。     

餐厨垃圾厌氧干发酵制氢及其强化研究

餐厨垃圾的产生量越来越大,对其进行处理非常重要。该文研究了不同含固率条件下餐厨垃圾厌氧干发酵制氢的情况,研究表明干发酵的最佳含固率为22%;餐厨垃圾中碳水化合物优先被降解,各组的降解率为51.17%～69.24%,其中含固率22%组碳水化合物降解率最高;当含固率>27%时,反应体系对蛋白质和溶解性化学需氧量(soluble chemical oxygen demand, SCOD)的降解能力下降,出现溶解性蛋白质和SCOD累积现象;各组的挥发性脂肪酸主要成分为乙酸和丁酸,为丁酸型发酵;向反应体系内添加活性炭能够提高干发酵产氢率,其中活性炭添加量为0.20%(质量分数)时产氢量最高,达到26.94 mL/g总固体(total solids, TS)。     

油脂降解及其对餐厨废水厌氧发酵性能影响

采用批次试验研究餐厨油脂厌氧发酵性能及其对餐厨废水发酵产气的影响。结果表明:在高温条件下,餐厨油脂的产气过程与Modified Gompertz方程拟合较好,其产气潜力在894 mL/g左右。油脂降解初期出现产气延滞,且浓度越高延滞期越长。油脂质量浓度为10.0 g/L时,油脂降解产气效果最佳。通过单位油脂的产气量确定油脂的半抑制浓度为11.6 g/L。餐厨油脂与餐厨废水混合发酵时,不仅使产气量增加了131%,甲烷平均体积分数从58.93%增加到64.06%,提高了8.7%。     

基于Fluent的风力致热装置内部流场模拟研究

针对风力致热能量转化方式,提出新型搅拌致热罐。利用阻尼孔将装置分为4层,采用六折叶开启涡轮式叶片对工质进行搅拌致热。利用CFD软件Fluent对该搅拌致热罐内部流场进行了数值模拟计算,通过控制搅拌器转速的不同,研究内部流场的变化规律。通过验证对比实验,实测温度与模拟温度相对误差约为0.073,说明模拟过程中设置合理。研究结果表明,该设计在风速为12m/s时满足预期目标产热;当风速较低时通过采用辅助热源也可以达到要求。     

新型餐厨垃圾处理设备的研究

在分析总结国内生活垃圾特性及处理方法的基础上,基于机械设计自动化原理和微生物发酵原理研发一台新型餐厨垃圾处理设备,设备采用搅拌、固液分离、发酵等工艺;以单片机作为核心控制单元,控制系统包括重力控制、温湿度控制和定时控制;通过样机测试,显示温度控制系统可准确控制滚筒内的温度在设定范围;新型餐厨垃圾处理设备在搭配合理的菌种情况下,温度在50℃~60℃时,设备降解效果最佳。通过菌种降解处理后,餐厨垃圾最终变为水、二氧化碳和有机物,减少餐厨垃圾对控制环境污染,对工业降解垃圾具有实际的参考价值。     

基于FLUENT的餐厨垃圾处理机干燥过程的仿真模拟

利用CFD软件FLUENT仿真模拟烘筒式餐厨垃圾处理机的微波通风干燥过程。综合运用多相流Mixture模型,气液相变模型,S2S辐射模型以及UDF等相关知识分析了餐厨垃圾的流场变化,得到了物料在干燥过程中各流体相的体积分数变化和补风口面积改变对烘燥效率的影响情况。改变模拟条件,并结合试验结果进行对比分析,验证了仿真模拟方法的准确性和可靠性,也指出了进一步研究的关键点。为烘筒式餐厨垃圾处理机的改进设计、性能改善、参数调整和工艺优化提供理论依据和实际指导。对食品干燥的研究,也具有一定的参考意义。     

高粘度酸奶制品搅拌器设计

该文以某酸奶发酵罐为例,基于数值模拟的手段,计算分析了不同搅拌桨叶尺寸、排列布置下罐内流场。通过对流场模拟结果进行分析比较,选出四层桨叶布局方案为最优方案。该方案下,罐内各层桨叶间介质被充分搅拌,低速区域范围最小,可以实现快速搅匀。研究表明,数值模拟的手段可以大大加快搅拌桨的研发速度,减小实验次数,将显著降低研发成本及缩短研发周期。     

两相流搅拌槽内多层涡轮组合桨的模拟研究

文章在不相溶液液两相流搅拌槽内,就三种常用的圆盘涡轮搅拌器,对多层组合桨的搅拌特性进行了数值模拟,分别研究了流场特性、搅拌功率和混合时间。研究表明,多层桨中三种桨型的不同组合,会改变流体最大速度和流场死区的出现位置及影响范围,在不同位置出现封闭的局部小循环,破坏釜内流体的整体循环,并对宏观的混合时间产生较大影响。折叶桨有轴向流,可优先设置在最底层,以消除釜底死区。弯叶桨可产生高速径向流,可优先设置在中间层,利于釜内大循环的形成。多层桨不同桨层间的相互影响,使不同位置的桨叶的功率消耗不一致,现有传统的经验算法不适用于多层组合桨的功率计算,有必要进一步探讨。     

双层桨搅拌槽内流动特性的CFD研究

基于多重参考系法和Realizable k-ε模型,利用Fluent软件对双层CBY桨搅拌槽内不同桨间距下流场进行整体数值模拟,并将模拟结果与文献试验结果进行比较,考察桨间距对流场分布、上下层桨叶区速度及功率消耗的影响。结果表明:随着桨间距的增大,槽内流体流型由"连接流"变为"分散流",与试验结果具有较好的一致性;桨间距对下层桨叶区速度影响较大,对上层桨叶区速度影响不大;随着桨间距的增大,搅拌功率逐渐增加,单位体积功率逐渐降低。     

基于FLUENT的双螺带混合机固液 两相流数值模拟

针对面粉-水两相混合,设计出一款双螺带混合机模型,并运用流体分析软件FLUENT对其三维流场进行数值模拟。采用ICEM对模型进行非结构网格划分,通过欧拉多相流模型、RNG k-ε湍流模型进行仿真。在稳态条件下模拟槽内的压强分布、速度分布以及固体颗粒体积分数分布的情况。结果表明:双螺带桨对槽内的多相流搅拌效果较佳,且其迎流面和背流面附近容易出现速度峰谷值,产生明显的涡旋,使搅拌均匀。该研究结果为进一步优化混合机的性能提供了理论依据。     

基于CFD流场分析的反应釜搅拌器结构改进

承压反应釜在固液混合过程中往往伴随强烈的热传递效应,而密度较低的粉末状固相介质与液体混合的难度相对较大,投料溶入效果不佳和物料结团漂浮等问题较常见。针对此类反应釜的搅拌不充分等问题,采用CFD技术指导反应釜内搅拌器结构进行设计和改进,对反应釜内的固液搅拌混合过程进行了三维数值模拟。数值计算采用多重参考系法(MRF),κ-ε湍流模式以及Mixture多相流模型,模拟了反应釜中的流场形态,通过混合过程的两相流计算得到固相体积分数的分布情况和变化规律,并在此基础上预测了混合时间。结果表明:改进后的搅拌器效果明显增强,该混合过程的CFD模拟可得到相对准确的流场分布及各项特性参数预测结果,可为该类反应釜搅拌器的设计和优化提供参考。     

机械搅拌通风发酵罐内气液两相流的仿真模拟

本文采用实体建模、CFD(计算流体动力学)前置处理器等工具建立机械搅拌通风发酵罐CFD计算模型,应用两相流的欧拉模型模拟发酵罐内流场的气、液两相流动。对模拟出的内流场,重点分析了气相含量、气相速度的分布情况,并用取样实验进行验证,证明了应用CFD技术对机械通风发酵罐内流场模拟分析的有效性,为此类发酵罐性能预测评价、结构优化提供了一种有力的技术手段。     

大双叶片式搅拌器搅拌特性的研究

对大双叶片式搅拌器及国内4种搪玻璃搅拌器进行了实验研究及流场数值模拟,考察了桨型、转速、物料对各种搅拌器搅拌功率和混合时间的影响。实验表明,综合考虑搅拌功率和混合时间,作者提出的大双叶片式搅拌器的混合效率最高。     

叶轮角度与流体黏度对高剪切罐内流体影响的模拟研究

采用标准k-ε模型及多重参考系法研究高剪切搅拌罐中叶轮角度与流体黏度改变对搅拌罐内混合流场、功率消耗、泵吸流量的影响。结果表明,高剪切搅拌罐中采用60°斜叶轮时流场具有较强烈的漩涡,泵吸流量和功率消耗也较大,同时定子射流半径也有所增加,具有较明显的优势。高剪切搅拌罐搅拌轴功率随着流体黏度的增大呈现先增大后减小的变化规律,在黏度为0.1～0.5Pa.s时功率最大;剪切头流量随着黏度的增大呈现出先降低后增大的趋势。