组合桨搅拌器的宏观混合特性

分别以浓度为１％，２％，３％，３．５％的羧甲基纤维素溶液为实验，采用测温法，测定了正交双层三角桨－单螺带桨，正交双层三角桨－内外单螺带桨．锚式桨－三叶推进器．锚式桨－内外单螺带４种组合桨拌器的宏观混合时间，无量钢数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４综合评判了它们的宏观混合性能，实验证明，前２种组合桨搅拌器在不同流域内都使搅拌介质达到良好的宏观混合，且功率消耗低，混合效率高，具有明显的节能优势，对搅拌变粘度体系     

刚柔组合搅拌桨与刚性桨调控流场结构的对比

高黏度流体处于层流状态时,普遍存在的混合隔离区,降低了流体的混合效率。减小或消除隔离区,是实现流体高效混合的基本途径。采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对刚性六直叶涡轮桨(刚性桨)和刚柔组合六直叶涡轮桨(组合桨)的流场结构进行研究,对比分析了两种桨叶在相同功耗(3 kW·m-3)时的轴向、径向和切向的速度矢量图、速度云图以及速度分布散点图。结果表明,刚性桨的能量集中在桨叶尖端部分,远离桨叶区域的流体速度很小甚至为0 m·s-1;而组合桨可将能量从桨叶尖端扩散至全槽,使槽内流体均具有一定的流速,提高了混合效率,且显色实验与数值模拟结果一致,组合桨体系的混合隔离区在短时间内就可消除,混合良好,而刚性桨体系的混合隔离区始终存在,混合效果不佳。     

刚柔组合搅拌桨与刚性桨调控流场结构的对比

高黏度流体处于层流状态时,普遍存在的混合隔离区,降低了流体的混合效率。减小或消除隔离区,是实现流体高效混合的基本途径。采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对刚性六直叶涡轮桨（刚性桨）和刚柔组合六直叶涡轮桨（组合桨）的流场结构进行研究,对比分析了两种桨叶在相同功耗（3 kW·m^-3）时的轴向、径向和切向的速度矢量图、速度云图以及速度分布散点图。结果表明,刚性桨的能量集中在桨叶尖端部分,远离桨叶区域的流体速度很小甚至为0 m·s^-1;而组合桨可将能量从桨叶尖端扩散至全槽,使槽内流体均具有一定的流速,提高了混合效率,且显色实验与数值模拟结果一致,组合桨体系的混合隔离区在短时间内就可消除,混合良好,而刚性桨体系的混合隔离区始终存在,混合效果不佳。     

组合桨的混合性能研究

用模拟合成橡胶的粘稠介质研究了组合桨的宏观与微观混合性能，以及组合桨的匹配，提出组合桨（螺带／透平）是改善粘稠介质快速混合的有效途径。     

组合桨搅拌槽内高黏流体混合特性的数值模拟

利用计算流体力学数值模拟方法,对直段桨为双螺带式和Paravisc式以及底桨为锚式和变径双螺带式的组合桨功率和混合时间进行了研究,并对其中最优桨型进行了放大规律的探索。通过数值模拟得到了4种组合桨中各单桨及组合桨的功率准数关联式,提出组合桨中各桨之间功率上的反作用关系。在10种组合桨中,Paravisc-锚式组合桨达到完全混合时所转圈数最少,且在相同转速下量纲一剪切量较大,混合特性最优,将其从体积为100 L的搅拌槽内放大至200 L和500 L搅拌槽中,发现其符合桨端线速度的放大准则。文中对各桨型的功率特性、混合特性和放大规律的分析,可为工业设计和优化高黏度流体组合桨参数提供重要参考。     

偏心组合桨搅拌槽内层流混合过程的数值模拟

目前,处理高黏流体和对剪切敏感介质的层流搅拌槽的报道并不多见。本文建立了描述双层组合桨搅拌槽内高黏非牛顿流体层流流动、混合过程的数学模型,利用Laminar模型、多重参考系法（MRF）和示踪剂浓度法对其流场特性、示踪剂扩散过程进行数值模拟,分析搅拌槽内轴向速度曲线、示踪剂浓度响应曲线和混合时间。结果表明：中心搅拌中间面将介质阻隔在各自的半层内运动,偏心搅拌介质作全局运动,轴向混合能力突出;转轴中心搅拌依靠上下半层浓度差的增大向下扩散,转轴偏心搅拌通过不对称结构扩散示踪剂,叶轮相对转轴偏心搅拌则利用叶片的不对称分布;距离加料点较近和较远的监测点浓度响应曲线因振荡和调整,混合时间较长,处于中间面的监测点拥有最短的混合时间。     

组合螺带桨搅拌槽内粉体的混合性能

在直径0.48 m的立式搅拌槽内研究了4种组合式螺带搅拌桨的粉体混合性能,考察了搅拌转速、粉体物料装填高度和搅拌桨型对粉体混合性能的影响,分析了径向与轴向上的粉体混合情况. 结果表明,搅拌转速是影响粉体混合的重要因素,增加搅拌转速能明显缩短混合时间,转速44.0 r/min时的混合因子π3比转速8.7及26.5 r/min时下降50%及30%以上;在搅拌桨内部附加较小的内桨使功率略有增加,但可显著缩短混合时间,转速44.0 r/min时能使π3下降50%,提高混合效率.     

组合桨聚合釜内非牛顿流体的混合特性

在φ476mm的椭圆底有机玻璃聚合釜中,以羧甲基纤维素-甘油水溶液(前者质量分数为1.3％)为实验物系。利用酸碱中和法测定了9种不同的搅拌桨直径与聚合釜直径比接近于1的组合搅拌桨沿聚合釜轴向及径向的混合特性。结果表明：内外螺带-锚式组合桨的轴向混合最强,但径向混合较差。框板式搅拌桨的轴向混合较内外螺带-锚式组合桨弱,但比改进偏框式桨强,其径向混合较后者弱。改进偏框桨的7种不同组合方式沿径向的混合良好,多数组合桨沿轴向的混合较前2种组合桨弱,更接近于平推流。     

搅拌槽内两种桨型组合固液悬浮的数值模拟

本文对工业搅拌罐内原搅拌桨型组合和改造的搅拌桨型组合产生的固液两相流动进行了数值模拟,通过对原搅拌方案和改造后的搅拌方案搅拌罐内所形成的流场、固含率分布以及功率消耗等方面的分析,发现改造方案底层桨叶排出流体的倾斜角更大,形成的搅拌循环更高。原方案搅拌罐内底部固含率很高,从下往上固含率逐渐降低,而搅拌桨型组合改造方案能够形成比较均匀的固含率。改造方案的固液悬浮效果更好,并且改造后的搅拌功率没有增加。     

翼形桨搅拌槽内混合过程的数值模拟

采用FLUENT软件的多重参考系(MRF)及标准k-ε模型,将速度场与浓度场方程分开进行求解,对单层轴流式三叶CBY翼形桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟,所得的混合时间的模拟结果与实验值相吻合。同时采用数值模拟的方法研究了不同的示踪剂加料点、监测点位置及操作条件对混合时间的影响规律;模拟结果表明,混合过程主要由搅拌槽内的流体流动所控制,混合时间与示踪剂加料点及监测点位置密切相关。上述的研究结果对于工业搅拌反应器的优化具有一定的参考意义。     

管壳式换热器壳程流体流动与换热的数值模拟

为了研究纵向多螺旋流管壳式换热器壳程流体湍流流动与换热的工作机理,文中利用FLUENT软件,在壳程流体流速设定值不断改变的情况下,对纵向多螺旋流管壳式换热器壳程湍流流动与换热进行了三维数值模拟。得到了多螺旋流管壳式换热器在不同的壳程流体流速下的温度场、速度场、质点迹线图、壳程传热膜系数分布图等。根据模拟得到的结果,从多个方面对纵向多螺旋流管壳式换热器壳程湍流流动与强化传热进行了探讨。模拟结果与实验结果进行了比较,二者误差约在±11%以内,吻合良好。     

An analytical model for the prediction of power consumption for shear-thinning fluids with helical ribbon and helical screw ribbon impellers

An approximate analytical model has been developed to predict power consumption for the mixing of shear-thinning fluids with helical ribbon and helical screw ribbon impellers in the laminar flow regime. Extensive data on power input measurements embracing a wide range of flow behaviour index, with strong (n<0.4) and weak (0.4<n<1) shear-thinning fluid characteristics, available in the literature have been used to demonstrate the applicability of the present model for a wide range of helical ribbon mixer configurations. The model is able to explain the differences in the data reported in the existing literature and to successfully predict the complex dependence of power consumption on the fluid properties and the system geometry. Finally, the proposed correlation only requires a knowledge of the flow behaviour index of the fluid and of the geometrical parameters of the mixing systems (wall clearance, number of ribbons, pitch and width of the ribbons) and one characteristic parameter K_p of the mixing system which can be obtained from a single measurement of power for Newtonian liquids in the laminar regime.     

多层翼形桨搅拌槽内混合过程的CFD模拟

The mixing process in a stirred tank of 0.476m diameter with single, dual and triple 3-narrow blade hydrofoil CBY impellers was numerically simulated by using computational fluid dynamics （CFD） package FLU-ENT6.1. The multi-reference frame （MRF） and standard k-ε turbulent model were used in the simulation. The shaft power and the mixing time predicted by CFD were in good agreement with the experiment. The effects of tracer feeding and detecting positions on mixing time were investigated. The results are of importance to the optimum design of industrial stirred tank/reactors.     

煤浆混合槽混合性能的数值模拟

利用计算流体力学(CFD)方法研究煤浆混合槽的混合性能。采用Fluent 6.2计算软件,选用多重参考系法(MRF)、RNGk-ε湍流模型以及混合物多相流模型,对卧式煤浆混合槽的内部流动情况进行数值模拟,得到了湍流强度、湍动能、压力、速度分布以及出口各相分布等混合性能。模拟结果与实验结果进行了初步比较,吻合较好。研究结果表明,混合时在挡板和搅拌浆叶之间产生漩涡,有利于防止物料堆积,使混合更均匀。     

折流板间距对换热器性能影响的数值研究

采用CFD数值模拟方法,研究了简化模型下弓形折流板和螺旋折流板换热器,对应于不同间距/螺距时,流动参量的变化对换热器整体流动与传热性能的影响。结果表明,两种结构对应的壳程压力损失和换热系数均随壳程流量的增加而增大,而螺旋折流板结构单位压降下换热系数大于弓形折流板,并且其性能受折流板螺距变化的影响较小,体现了螺旋折流板结构的优越性。计算结果与现有实验结论吻合较好。     

螺旋折流板换热器壳程流体流动的数值模拟

在对螺旋折流板管壳式换热器结构和操作条件进行简化的基础上,采用计算流体动力学分析方法建立数学模型,并利用CFD分析软件FLUENT模拟换热器壳程流动特性,得到了换热器壳程流场分布的直观信息。对流体传热特性做了初步探讨,并比较了弓形折流板换热器和螺旋折流板换热器的流动特性,为这种换热器结构的优化和产品的研究开发提供一定的依据。     

轴流式搅拌桨搅拌槽内混合时间的数值模拟

利用计算流体力学软件FLUENT 6.0程序计算了单层CBY搅拌槽内流体混合过程的速度场和浓度场,讨论了加料点位置和监测点位置对混合时间的影响。结果表明,拌槽内物料的混合过程主要由槽内的流体流动所控制;混合时间与加料点位置有关,在桨叶附近区域加料时混合时间比在液体表面加料时的混合时间短,应尽量在搅拌反应器的桨叶尖端处加料;不同的监测点位置对混合时间有很大的影响,在靠近槽底部进行监测所得到的混合时间最短。     

翼型轴流桨推力系数实验及CFD模拟

对几种不同型式轴流桨的推力系数进行了实验及CFD模拟研究。结果表明:四宽叶翼型桨A的推力系数最大,三窄叶翼型桨D推力系数最小;模拟结果与实验结果有很好的吻合;四宽叶翼型桨A较其它几种轴流桨形成的全釜大循环更为彻底,没有发生分区现象;四宽叶翼型桨A在叶端线上的最大轴向速度远大于其它4种桨;四宽叶翼型桨A最大轴向速度随着r/R的增大而逐渐减小且逐渐向釜底方向移动。在水体系中的实验结果表明:当通气量Qg为1.1vvm,P/V≥1.5kW/m3时,四宽叶翼型桨A-透平桨组合的传质系数较双层透平桨组合高约9.6%。     

Solids distribution and rising velocity of buoyant solid particles in a vessel stirred with multiple impellers

The distribution of buoyant solid particles in agitated suspensions has been studied. The investigation was carried out in a baffled vessel characterised by an aspect ratio equal to four and stirred with four radial impellers. Dilute suspensions of single-sized spherical particles of expanded polystyrene (density equal to 90.7 kg/m³) in water were used. Solid concentration was measured with a non-intrusive optical technique. Measurements were performed along the axis of the reactor to obtain steady-state vertical profiles (that increase from the vessel base to the top) as well as at fixed elevations to determine their transient after a pulse of solids injected at the bottom.Both the steady-state profiles and the transient concentration curves were interpreted in terms of the axial dispersion model with sedimentation. By data treatment the rising velocity in the agitated system could be determined, which proved to be significantly smaller than the rising velocity in a still liquid. The ratio of these two velocities is in reasonable agreement with a correlation of the ratio of the settling velocities for heavy particles with the ratio of the Kolmogorov microscale to particle diameter established in the past.     

“L”形涡流分级机导流叶片的数值模拟与试验

导流叶片是涡流分级机分级区的重要部件,本文设计了一种其凹槽面向转子的"L"形导流叶片,并以该叶片与转子组成的分级区域为气一固两相湍流理论模型,采用RSM应力方程模型和随机颗粒轨道模型进行了数值模拟.结果表明:"L"形导流叶片能实现迅速分级,减少颗粒在分级区的团聚;粗颗粒受到较大的离心力被抛向导流叶片凹槽内碰到导流叶片背风面失去动量后由于受到气流干扰很小,在自身重力作用下迅速下掉入粗粉斗,很大程度上避免了传统平板导流叶片易产生的颗粒返混现象,减少了已分级的粗颗粒对后续待分级颗粒的干扰,使分级过程更加稳定.根据数值模拟结果结合经验,"L"形导流叶片安装时的径向倾角取55°为宜.试验结果表明,使用该"L"形导流叶片有利于提高分级效率和分级精度.