新型柱形圆盘涡轮搅拌桨性能的实验研究

通过搅拌不同浓度的CMC溶液,研究了新型柱形圆盘涡轮搅拌桨在直径300mm的搅拌槽内的部分搅拌性能。利用实验仪器测出不同转速下的扭矩,进而计算出对应的搅拌功率N、功率准数Np和雷诺数Re,然后借助excel绘制出Re-Np的关系图;借助Matlab软件进行线性回归,得出Re-Np的关联式,并在双对数坐标上绘制出其关系图,可知Re<10时,Np与Re呈现负相关;Re>10时,Np随Re的增加下降趋势变缓。     

具有双层桨结构的自吸式搅拌反应器的流体力学性能

在直径0.48 m的搅拌槽中以水?空气为介质,对具有双层桨结构的自吸式反应器的流体力学性能进行了实验研究,考察了自吸式桨浸没深度、底层桨结构和搅拌桨层间距对自吸式桨的临界吸气转速、吸气速率和气含率的影响。结果表明,临界吸气转速随自吸式桨浸没深度增加而增加,临界吸气转速几乎与下层桨的结构无关;吸气速率与气含率随浸没深度增加而减小,吸气速率与气含率受下层桨影响较大,层间距为自吸式桨直径(D)且采用上推式的四叶宽叶翼形轴流式桨作下层桨时,自吸式桨的吸气性能最佳。     

新型翼形轴流桨的搅拌性能研究

本文研究了翼型轴流桨在不同条件下的混合、传质、搅拌功率.结果表明:同传统的圆盘涡轮桨相比,翼型轴流桨具有混合效果好,传质效率高、搅拌功率低等特性.     

无挡板涡轮桨搅拌槽内湍流流动的分离涡模拟

采用分离涡模型对无挡板涡轮桨搅拌槽内的湍流流动进行了研究,重点分析了流场结构和速度分布,以检验该模型模拟搅拌槽内流体流动的有效性和正确性. 为了加快收敛,先采用标准k-e模型进行稳态流场计算,并以此结果为初始值进行分离涡模拟. 与现有文献大涡模拟及实验结果对比表明,分离涡模型能捕捉槽内流体的瞬时流动特征,获得的时均速度分布与大涡模拟及实验结果吻合较好,其中对切向速度分布的预测误差不超过7%,对径向速度分布的预测精度则低一些,局部误差接近12%. 分离涡模型适用于无挡板涡轮桨搅拌槽内湍流流动的模拟,能获得与大涡模拟相近的结果,且计算量更小(约为大涡模拟的1/3).     

搅拌槽内近桨区流动场的数值研究

利用滑移网格方法，采用三种不同密度的网格，计算了六直叶涡轮搅拌桨的三维流动场。利用数值方法得到了桨叶附近流动场中产生的尾涡，并将不同密度网格下的数值模拟结果与实验数据进行了比较。计算结果表明，在高密度的网格下可以清楚地观察到桨叶附近所产生的尾涡，其大小与实验结果一致，但尾涡衰减较快：叶端的径向与切向速度分布与实验值吻合较好，加密网格对最大径向及切向速度的预测精度有明显提高；即使采用很高的网格密度，对湍流动能的预测仍然偏低。     

在役涡轮搅拌桨混合过程流热耦合有限元分析

化工搅拌装置内的流体流动伴随着显著的传热过程,由于搅拌流动的复杂性以及温度的分布难以测量,采用试验法具有一定的局限性。利用计算流体力学(CFD)软件,采用标准k-ξ紊流模型,分析了非稳态非等温情况下,涡轮搅拌桨混合过程中搅拌槽中流体的三维紊流流场和温度场的分布。结果表明,大型搅拌反应装置采用搅拌桨通蒸汽加热方式,能够使搅拌槽温度分布更加均匀,热量扩散更加迅速。     

涡轮桨搅拌槽内单循环流动特性的大涡模拟

利用大涡模拟方法研究了涡轮桨搅拌槽内的单循环流动特性,采用Smagorinsky-Lilly动力亚格子模式,与文献实验及模拟数据进行了详细的比较. 结果表明,叶片后方的双尾涡偏向槽底运动,上尾涡在30o处已开始衰减. 800000个非均匀分布的计算网格和30个桨叶旋转周期的样本数据统计可获得准确的大涡模拟数据. 时均速度、均方根速度和湍流动能的大涡模拟值与实验数据一致,而k-e模型的模拟值与实验不符. 桨叶区呈现较强的各向异性,这是导致k-e模型预测不准确的主要原因. 对于搅拌槽内的复杂流动,大涡模拟方法是一个非常有效的工具.     

涡轮桨搅拌槽内流动特性的大涡模拟

利用大涡模拟方法研究了涡轮桨搅拌槽内的流动特性,采用了三种亚格子模式:标准Smagorinsky-Lilly模式(SLM)、Smagorinsky-Lilly动力模式(DSLM)和亚格子动能动力模式(DKEM),并将模拟结果与标准k-ε模型及文献实验数据进行了详细的比较.结果表明:大涡模拟方法可获得搅拌槽内的瞬态流场;对桨叶区时均速度及湍流动能的预测与实验数据相吻合,比标准k-ε模型计算结果有明显改进,三种亚格子模型中DSLM和DKEM模拟结果更好.同时分析了大涡模拟中桨叶端部附近湍流动能估计偏差的原因,发现主要是由于对轴向湍流均方根速度的预测偏差造成的.大涡模拟方法为搅拌槽内非稳态、周期性的湍流流动和湍流特性的研究提供了强有力的工具.     

新型双轴组合桨搅拌性能研究

根据聚合反应的特定工艺过程要求,提出了一种新型组合桨,并设计实验对其混合性能进行研究,与常规桨型进行对比。结果表明,该桨在高黏度流体内,混合时间、排液量、混合效率等方面较常规桨型好,不但能在较短的时间内实现全罐的均匀混合,而且还具有节能降耗的优点。此外,还采用PIV系统对其流场的速度分布进行测试,总结得出其在不同转速比下的流场分布规律,从而为今后该新型组合桨的应用和放大奠定了坚实的实验基础。     

穿流式搅拌桨在水—磷石膏系统中的搅拌性能研究

模拟工业生产中的磷酸萃取装置中磷石膏的悬浮过程,研究了穿流式搅拌桨在水－磷石膏系统的最佳开孔率值,最佳孔径值,最佳浸润周边值,以及不同开孔率、孔径、浸润周边下功率的变化,以及粘度和转速变化对功耗的影响,得出了临界悬浮值,并在冷模实验的基础上,对穿流式搅拌桨在工业上的应用前景作了预测。     

一种新型搅拌桨多相混合性能研究

提出了一种新构型的搅拌桨一错位桨,并以空气-水-石英砂三相体系为研究对象,与传统的径流桨(Rushton桨)和轴流桨(斜叶桨)在功率消耗、混合时间、气体循环方面进行了比较.结果表明,错位桨相对于传统Rushton桨,功率消耗降低.适应气速范围广,轴向混合能力明显提升;在同等条件下与斜叶浆相比,气体分散能力强,混合时间少.这种新型桨能克服径向流叶轮在轴向混合方面能力的缺陷,有较好的潜在工业应用价值.     

双层涡轮桨搅拌反应器内混合时间的大涡模拟

采用计算流体力学(CFD)方法对直径为0.476m双层涡轮桨搅拌反应器内的流动及混合进行了数值模拟,并实验测试了混合过程。利用大涡模拟(LES)及Smagorinsky-Lilly亚格子模型求解湍流流动与示踪剂传递过程,桨叶区域采用滑移网格技术。研究结果表明,大涡模拟得到的示踪剂响应曲线和混合时间与实验结果吻合良好,其预测精度明显优于基于雷诺平均(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的标准k-ε模型的模拟结果。大涡模拟是研究搅拌反应器内非稳态及周期性湍流流动的有效方法。     

不同叶片形状盘式涡轮搅拌桨的气-液分散特性

在直径为0.48 m的椭圆底搅拌槽中,采用包括半椭圆(HEDT)及抛物线(PDT)形叶片的4种盘式涡轮桨,研究了叶片形状对气液两相体系中临界分散、通气功率和气含率的影响. 结果表明,由载气到气泛测得的泛点比气泛到载气测得的泛点明显滞后;比较相同条件下PDT桨与HEDT桨的通气功率和气含率,相同通气准数时,PDT桨的相对功率消耗(Pg/P0)较高,通常大于0.75,且受通气量影响较小;功率消耗相同时,在较宽气量范围内PDT的气含率较HEDT高约5%. PDT桨在相同气量时达到气液分散所需的功率略低,推荐用于工业气液搅拌反应器中.     

刮壁桨搅拌功耗机理

刮壁搅拌功耗槽内流体阻力损耗和刮壁摩擦损耗，在层充域或过渡域两者存在一定的比例关系，在本实验范围内两者可以统一关联在一起，刮壁角对刮壁摩擦耗有影响但不是主要的，回归实验数据得同搅拌功耗的经验关联式。     

多功能大型宽叶搅拌桨

介绍MAXBLEND(MB)、FULLZONE(FZ)、SANMELER(SM)3种多功能大型宽叶搅拌桨的结构形式、在槽内产生的流动状态、混合特性、功率特性,以及液液系、固液系、气液系的分散特性。这些搅拌桨适用粘度10-3—100Pa·s,具有低能耗高效率的特点,在槽内产生的轴向的径向速度分布比较均匀,沿槽内壁轴向的传热系数也比较均匀,传热系数较高;在聚合、晶析操作中,有利于防止结垢,并且容易控制粒径的分布。     

疏水Rushton搅拌桨的减阻性能

为了减小搅拌阻力与功耗,本研究提出了疏水叶片搅拌桨的设想。首先采用数值模拟的方法,对非疏水Rushton桨搅拌容器内的流场进行了模拟,通过与文献中实验结果的对比,验证了数值模型和模拟方法的可靠性。随后研究了湍流状态下疏水Rushton搅拌桨的流体动力学性能,分析了不同疏水状态下的流场结构、剪应力和压力分布以及减阻效果和搅拌功耗,并与非疏水桨进行了对比。结果表明,疏水处理后Rushton桨搅拌容器内的流场没有明显变化,但流体的轴向泵送能力有所增强,高速度区域略有扩大,超疏水时效果更明显。疏水处理可降低Rushton桨的剪应力和桨叶前后表面间的压差,具有减阻效果,超疏水时减阻幅度高达39.56%。另外,疏水Rushton桨的搅拌功耗有所降低,与非疏水桨相比,超疏水桨的功率准数降低了8.53%,具有显著的节能效应。     

涡轮桨搅拌槽流动场数值模拟

在旋转坐标系下 ,采用k-ε湍流模型模拟了两个时间瞬间六直叶涡轮搅拌槽内流体流动状态 ,模型成功地再现了六直叶涡轮搅拌槽内“双循环”流动形式 .模拟结果表明当桨叶离底距离C/T =0 .16 7时 ,槽体内流动从径向流动转化为轴向流动 .模拟计算搅拌功率准数及桨叶排出流量准数与实验结果相差很小 ,数值模拟速度分布与实验测量结果吻合较好 ,且预测速度数值明显优于“黑箱”模拟方法     

半椭圆管盘式涡轮搅拌桨气-液分散特性

在直径为0.476 m的椭圆底搅拌槽中,采用半椭圆管盘式涡轮桨,研究桨径与槽径比D/T变化(分别为0.28, 0.33, 0.4及0.5)对气液两相体系中临界分散、通气功率和气含率的影响. 结果表明,对于D/T较小的搅拌桨,采用由载气到气泛测得的泛点比气泛到载气测得的泛点明显滞后,但随D/T增大泛点滞后现象消失;在相同通气量下,D/T对相对功率需求(Pg/P0)的影响不大;功率消耗相同时,低通气量时气含率随D/T增大略有增大,但高通气量时恰好相反. 研究结果及泛点、通气功率、气含率关联式对工业气液搅拌反应器设计操作具有参考价值.     

几种常用搅拌桨的功率计算

介绍层流区浆式、锚式、双螺带式搅拌浆功率的计算，在较大的雷诺数范围内的直叶开启涡轮，折叶开启涡轮功率的计算，以及在湍流区的圆盘涡轮功率的计算。