同步转子密炼机混合效率的数值模拟研究

利用CFD软件Polyflow对banbury转子和roller转子的两种密炼机内熔体流场进行二维数值模拟.利用粒子跟踪法对两种类型转子密炼机的分散混合性能、分布混合性能、线拉伸以及混合效率进行了统计和比较.结果表明,由于roller转子截面的棱数多于banbury转子,在相同周期内,roller转子密炼机对熔体的剪切与拉伸作用次数多于banbury转子密炼机,因而提高了拉伸速率和剪切速率,roller转子密炼机具有较高的分散性和分布性混合效率.     

卧式单轴捏合反应器流动与混合特性的数值模拟

选取卧式单轴捏合反应器为研究对象,搭建了一个可视化实验装置来研究其分布混合过程,并且通过三维有限元数值模拟方法和网格重叠技术获取了高黏牛顿流体在反应器中的流速分布、剪切速率分布与混合指数分布,进一步采用粒子示踪技术分析了全局与局部分布混合过程,对示踪粒子的运动轨迹进行统计分析得到了拉伸率与混合效率,并且考察了搅拌结构对流动与混合过程的影响。结果表明,实验与数值模拟结果吻合较好。捏合反应器中几乎不存在流动死区,搅拌轴上的动态捏合杆与搅拌槽壁面上的静态捏合杆之间存在周期性的捏合作用,可以强化自清洁性能、剪切作用、整体与局部分布混合过程、分散混合性能以及混合效率。拉伸率随着混合时间以指数形式增加,时均混合效率大于零。     

偏心距对波状单螺杆元件混合性能的影响

设计优化了偏心距分别为0、2、3.5、5 mm的波状单螺杆元件，采用聚合物流动分析软件Polyflow对不同偏心距的波状单螺杆元件进行流场和混合性能的数值模拟。采用粒子示踪法，分析比较粒子经历的最大剪切速率、非弹性应力张量第一特征值、停留时间、混合指数、混合效率、分离尺度等表征混合性能的特征参数，同时，以体积流率表征对输送效率的影响。模拟分析结果表明，偏心距逐渐增大，螺槽深度周期性变化增大，物料受到的剪切作用、应力作用、拉伸作用等得到增强，更多粒子经历了更大的剪切速率、混合指数、停留时间等，有利于多组分物料的破碎和掺混，波状单螺杆元件的分散混合和分布混合性能均逐渐增强，同时，保证了较高的输送效率。     

螺带式混凝土搅拌机混合特性及DEM模拟

采用离散单元法模拟新拌混凝土于搅拌机中的混合过程,研究了双筒螺带式混凝土搅拌机的混合效率。 用Hertz-Mindlin with JKR接触方法建立新拌混凝土离散元模型,模拟了坍落度实验、L箱实验和流变仪实验,将模拟结果与实验结果进行对比,校准模型参数,采用混合系数定量研究了不同初始装填方式下搅拌机的混合效率。结果表明,采用上下装填方式时搅拌机混合效率较高;对任一初始装填方式,左部区域与右部区域、前部区域与后部区域间混合效率无明显差别,而上部区域混合效率比底部区域高,底部出料口处存在搅拌盲区,采用舍弃初始出料的方法可提高新拌混凝土性能。转速较高时混合效率较高,相同旋转圈数时,混合效率基本相同。     

串联式磨盘螺杆挤出机磨盘混炼段分布混合性能的研究

采用计算流体力学软件POLYFLOW 对串联式磨盘螺杆挤出机的磨盘研磨混炼段进行三维等温流动的数值模拟,并从统计学和动力学角度,采用分离尺度和时间平均混合效率,对磨盘区域的分布混合性能进行分析,研究磨盘构型和磨盘间隙对分布混合性能的影响.结果表明,臼目形磨盘的分布混合性能较好;磨盘间隙增大在一定程度上有利于提高分布混合性能.     

新型组合桨混合特性研究

根据聚合反应的特定工艺过程要求,提出了一种新型搅拌桨,对其混合性能进行了研究并与常规桨型进行对比。结果表明,该桨在高粘度流体内混合时间、排液量、混合效率等方面较常规桨型好,能在较短的时间内实现全罐的均匀混合。     

微型锥形双螺杆挤出机的循环混合特性

利用基于三维有限元的计算流体力学(CFD)方法数值模拟了微型锥形双螺杆挤出机(MCTSE)中聚丙烯熔体的循环挤出混合过程,得到流场中物料的剪切应力和速度等分布场量。通过计算放置流场中的示踪粒子的运动轨迹,对粒子运动路径上的剪切应力、混合指数、拉伸长度、分离尺度以及混合效率等进行统计分析,定量表征了MCTSE循环挤出过程的分散和分布混合特性,并进一步考察了加工条件和螺杆构型对混合性能的影响规律。结果表明,聚丙烯熔体循环挤出混合由拉伸流和剪切流共同作用,MCTSE具有较好的混合效果;增大螺杆转速或减小螺距均有利于提高MCTSE的分散混合和分布混合性能,但不利于提高MCTSE的混合效率;分析表征混合性能的不同参数可知,相对于改变MCTSE的螺杆构型,选取合适的加工条件更为重要。     

一种水分散型多隔层混合室混合澄清萃取器的设计及操作性能

从减小液滴内传质阻力、提高两相间传质速率和改善混合室中两相的停留时间分布等方面对油分散型单混合室混合澄清萃取器(OWSMMS)的设计进行了改进,设计了水分散型多隔层混合室混合澄清萃取器(WOMMMS)以提高混合澄清萃取器的分离效率.在实验中分别应用OWSMMS和WOMMMS进行稀土分离,比较了它们的操作性能.在实验条件下,通量为1.46～2.92m~3/(m~2·h)时,轻/重稀土的相对分离效率比β_(qz)为1.426,相邻元素的相对分离效率比β_(ab)一般都大于1,说明WOMMMS的操作性能明显优于OWSMMS.     

错位碰撞型微混合器混合性能的模拟分析与优化设计

微混合器作为微流控设备的重要组成部分,广泛应用于生化领域,由于在微通道下流体流动为层流,混合较差,对于快速反应,混合是影响效率的主要因素。本文对影响混合效率的3种微混合器结构进行了数值模拟,通过变化微混合器的通道宽高比、发散处最大宽度、碰撞处错位高度3个结构参数,模拟研究其在层流下的混合性能。结果表明,流体碰撞处错位高度对混合性能影响最明显。对模拟结果最佳的微混合器（MST）进一步优化其结构得到新的微混合器（MTT）,将MTT与MST及普通T型微混合器（MT）进行比较。MTT微混合器出口处的混合指数达到81%,而普通T型微混合器在相同的条件下只有5.3%。通过模拟分析混合过程,有效改善了错位碰撞型微混合器的结构,有利于提高流体混合效率,提高反应速度。     

混合制冷剂循环的级数对制冷性能的影响

混合制冷剂制冷循环可以提高制冷系统的效率,广泛应用在天然气液化领域。混合制冷剂的循环级数对制冷性能影响很大。针对不同级数的混合制冷剂循环进行热力学分析,建立了流程中主要设备的热力学模型,模拟计算了采用不同级数的混合制冷剂循环的天然气液化流程,得到不同级数的制冷循环的主要参数：制冷压缩机的功耗、制冷系数和火用效率。结果表明,制冷循环的级数增加,制冷系统的功耗降低,制冷系数和火用效率增加,但是级数增加对制冷性能的影响减小。制冷循环的级数增加会增加流程的复杂性,降低可操作性,不同规模的制冷系统的最优级数不同,规模越大,最优级数就越多。     

拉伸流动静态混合器混合性能的实验研究

设计了1种能够增强聚合物混合效果的拉伸流动静态混合器（EFM）,以高密度聚乙烯/聚苯乙烯（PE⁃HD/PS）作为混合体系,根据共混体系扫描电子显微镜（SEM）照片及分散相的平均粒径,研究了不同盘形结构和不同盘棱间隙（δ）（0.125~2.0 mm）下EFM的混合性能。结果表明,EFM的盘形入口结构对其混合性能影响较小,混合能力随盘棱顶端圆角半径的增大而有所提升,随δ的增大出现先降低再升高又降低的变化趋势。     

缩放螺旋混合器的实验评价与优化设计

为了增强普通螺旋管的混合效率,在普通的螺旋管结构中引入突放突缩结构,设计制造出缩放螺旋混合 器。以竞争串连反应的离集指数为指标,对缩放螺旋混合器的结构进行了优化设计,考察了缩放螺旋混合器的几何参数--混合单元数、粗细段长度比、螺距、曲率半径以及Reynolds数对混合器的混合效率的影响。结果表 明:缩放螺旋混合器的粗细段长度比为1/4,曲率半径为10.5 mm,混合单元数为40,Reynolds数在1000～1575时混合效率最佳;参数优化后的缩放螺旋混合器比普通螺旋管混合器以及具有缩放结构的直管混合器中的混合效率更高。     

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。     

MIXING PERFORMANCE OF HIGH SHEAR IMPELLERS

The characteristics of a high shear impeller, the TURBON mixer, have been extensively investigated. The correlating equation for power requirement of this mixer with three types of impeller has been obtained for a liquid single phase and a gas-liquid two-phase system. The mixing time for liquid single phase and the mass transfer for both gas-liquid and solids-liquid phases in the TURBON mixer have been studied and the results are compared with the data of a conventional turbine mixer. It has been found that the TURBON mixer provides both high shear rate and excellent blending capacity, and therefore the TURBON mixer can be expected to possess a mixing efficiency higher than that of conventional turbine mixers if the advantages of the TURBON mixer are utilized effectively.     

缩放螺旋混合器在层流区的混合性能研究简

A contraction-expansion helical mixer which combines several features, viz. helical pipes for induction of secondary flows and sudden expansion and contraction array tor expansion vortices, has been designed to en- hance flow mixing. A fast competitive-consecutive diazo coupling reaction is used to test the mixing efficiency of contraction-expansion helical mixer. Furthermore, an image processing technique is applied for data visualization and monitoring the extent of mixing. The mixing performance is found to be superior in comparison to the regular helical mixer in the range of Reynolds number from 170 to 1540. Moreover, the mixing time of contraction-expansion helical mixer was found to be reduced by more than 25% compared to the regular helical pipe. Finally, a simple correlation is proposed for predicting the mixing time.     

Q型静态混合器内液滴群分散特性

静态混合器因具有结构紧凑、强化性能优异和连续性生产等优点被广泛应用于过程工业中,但Q型静态混合器(QSM)内多相流分散混合强化机理不完善制约了其在精细化工和原料药绿色生产中的应用。采用计算流体力学(CFD)耦合群体平衡方程对QSM内相含率α≤5%时液滴分散特性进行数值模拟,分析液液界面张力、动力黏度和相含率对液滴群d32的分散行为的影响。标准旋流静态混合器内的d32数值预测结果与实验结果有良好的一致性。模拟结果表明,在z/l=11.5处不同分散相d32减小73%~96%,RL-90-QSM对不同物性介质的分散混合具有高效性和普适性;在高雷诺数和低相含率下,不同分散相流过z/l=0~2时d32破碎速率最大,在z/l=2.5处d32减小51%~90%,d32随混合时间的增加逐渐减小且在z/l=10后趋于稳定;界面张力对混合结果的影响大于动力黏度。     

双相填充配方的不同加油温度混炼技术研究

介绍啮合式密炼机混炼双相填充配方不同加油温度混炼技术的研究。研究结果显示啮合式密炼机采用高温加油混炼工艺混炼的双相填充基部胶配方,对降低基部胶配方的生热及改善胶料的分散性能均有明显优势;使用新混炼技术混炼的基部胶配方物理机械性能改善明显,成品轮胎的台架性能得到进一步优化,其它性能符合国家标准要求。     

The influence of cam geometry and operating conditions on chaotic mixing of viscous fluids in a twin cam mixer

Smooth particle hydrodynamica (SPH) simulations were used to better understand the mixing performance of a class of two‐dimensional Twin Cam mixers. The chaotic manifolds of the flow are used to describe the mixing and to identify isolated regions. For an equilateral triangle cam geometry, a figure‐eight manifold structure traps a layer of fluid against the cam boundaries. Changes in the differential rotation and phase offsets between the cams results in modest improvements in the mixing rate across the manifold barrier. Reducing the apex angle of the triangle changes the manifold structure and allows the trapped layer of fluid to mix more effectively with the rest of the domain. This article shows that examining the chaotic manifolds within a typical industrial mixer can provide valuable insight into both the transient and long‐term mixing processes, leading to a more focused exploration of possible mixer configurations and to practical improvements in mixing efficiency. © 2010 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2011     

稀释水掺混用薄板式静态混合器结构设计与优化

稀释水掺混是油田或炼油厂原油电脱盐系统的关键环节,直接影响电脱盐的效率和运行能耗。为进一步简化设备结构、助力系统降本增效,提出将薄板式静态混合器应用于稀释水掺混环节。在对薄板式静态混合器进行初步结构设计的基础上,对油水混合情况进行计算流体动力学(CFD)三维数值模拟,以离析强度的平方根(IOS0.5)、管路压降(Δp)等作为评价指标,考察了注水管长度、注水管?弯曲薄板间距、弯曲薄板导向位置、弯曲薄板厚度四个结构参数对油水两相混合程度及运行能耗的影响。以混合管路内径D为基准参照,借助响应曲面法(RSM)对关键结构参数进行优化,并对最优结构参数组合下的混合性能进行预测。优化所得最优结构参数组合为注水管长度为1/3D、注水管-弯曲薄板间距为4/25D、弯曲薄板导向位置为1/8π、弯曲薄板厚度为1/25D,结构优化后的IOS0.5相比优化前降低了43.06%。定性分析薄板式混合器内的水相速度云图和流线图可知,当注水比为2%时,油水两相在注水管下游3D处即可达到均匀混合状态,可见薄板式静态混合器能够在小注水比下快速实现油水均匀混合。