三叶后掠-HEDT组合桨搅拌釜内流场的模拟及实验

对应用于聚乙烯聚合反应中的三叶后掠-HEDT组合桨的搅拌釜内流场进行了模拟研究,分析组合桨的离底距C_1、桨间距C_2以及转速N的变化对搅拌釜内流场的影响,利用PIV实验对模拟结果进行了验证;将该组合桨与三叶后掠-六直叶圆盘涡轮组合桨进行了模拟对比研究。结果表明:当桨间距与釜内径的比为0.35时,釜内桨叶间的流体流动效果最好,该条件下能够改善搅拌釜上层流体的速度分布;当离底距与釜内径的比值为0.29时,组合桨下方出现了整体的环流,有利于釜底流体的混合;桨叶转速N=90 r/min时釜内流体速度分布均匀,同时上层HEDT桨叶产生的射流方向趋于水平。两种组合桨的对比研究表明:二者流型相近,但前者搅拌功率能够得到明显降低。研究结果可为三叶后掠-HEDT组合桨在聚乙烯聚合反应釜中的工程应用提供参考。     

三叶后掠-HEDT组合桨搅拌釜内流场的模拟及实验

对应用于聚乙烯聚合反应中的三叶后掠-HEDT组合桨的搅拌釜内流场进行了模拟研究,分析组合桨的离底距C ₁、桨间距C ₂以及转速N的变化对搅拌釜内流场的影响,利用PIV实验对模拟结果进行了验证;将该组合桨与三叶后掠-六直叶圆盘涡轮组合桨进行了模拟对比研究。结果表明：当桨间距与釜内径的比为0.35时,釜内桨叶间的流体流动效果最好,该条件下能够改善搅拌釜上层流体的速度分布;当离底距与釜内径的比值为0.29时,组合桨下方出现了整体的环流,有利于釜底流体的混合;桨叶转速N=90 r/min时釜内流体速度分布均匀,同时上层HEDT桨叶产生的射流方向趋于水平。两种组合桨的对比研究表明：二者流型相近,但前者搅拌功率能够得到明显降低。研究结果可为三叶后掠-HEDT组合桨在聚乙烯聚合反应釜中的工程应用提供参考。     

改进型框式组合桨搅拌釜内流场特性

对5m³树脂反应釜及釜内改进型框式-二斜叶双层组合桨等比例缩小建立模型,基于计算流体力学（CFD）中的多重参考系法对该双层组合桨搅拌釜流场进行了模拟研究,并利用粒子图像测速（PIV）实验对模拟结果进行了验证。分析了桨叶离底间距、桨间距及组合桨安装角度的变化对流场产生的影响。随着离底间距的增大,搅拌釜下层框式桨横梁处产生往槽底的轴向流强度会逐渐减弱,不利于底部物料的混合;桨间距的增加导致两桨间对流减弱,不利于两桨间流体的混合,当桨间距与釜内径的比值为0.77时,搅拌釜内的整体流动情况较好。对上下层桨叶安装角度分别为0°、45°和90°这3种工况下的釜内流场特性研究表明,安装角度为90°时,斜叶桨产生的轴向流强度最大,此时搅拌釜内流体的混合效果最好。研究结果为改进型框式桨与二斜叶桨双层组合桨应用于树脂聚合反应实际工程提供参考。     

不同桨型下含盘管的连续搅拌釜停留时间分布的研究

用于含能化合物制备的连续釜式反应器通常安装有螺旋盘管,釜内流动情况复杂。研究搭建了一套含螺旋盘管的连续搅拌釜装置,对四斜叶桨(PBT)、推进桨(PRO)和翼型桨(CBY)作用下连续搅拌釜的停留时间分布进行了测定,并考察了桨型、进料流量、搅拌转速、表观气速等因素对无因次方差的影响,同时考察了对有气体产生的体系在含盘管的连续搅拌釜中多级混合模型的适用性。研究结果表明：多级混合模型基本适用于对含盘管连续搅拌釜式反应器的非理想流动的描述,可用于含盘管连续搅拌釜式反应器的优化设计。当其他条件相同,随着搅拌转速、表观气速的增大,含盘管的连续搅拌釜的无因次方差逐渐增大。对于强放热反应,推荐使用四斜叶桨或推进桨,可以较好地增强釜内物料的混合。     

多叶片组合式搅拌桨釜内流动特性和混合性能研究

开发可适用于较宽黏度范围的搅拌桨,强化釜内的流体流动和混合过程对于搅拌釜的节能增效具有重要的意义。实验与数值模拟相结合,在大涡模拟层面研究了多叶片组合式搅拌桨(MBC桨)从层流到湍流状态下,釜内的功率特性、流场分布、湍流特性和混合性能。结果表明:预测的功率曲线与实验结果一致;层流状态下釜内以切向流动为主,随着Reynolds数(Re)的增大,釜内轴向和径向流动逐渐增强,当Re达到486时,速度场分布与湍流状态下基本一致;在相同的能耗水平下,MBC桨对高黏度流体的混合性能优于商业Maxblend桨。桨叶的分散组合布置,强化了釜内的轴向和径向流动,使得MBC搅拌桨在从过渡流到湍流状态下均可实现较大的轴径向流动,湍动能分布较为均匀,混合过程显著加快。     

涡轮式与推进式搅拌釜的数值模拟研究

采用CFD技术对涡轮式和推进式搅拌釜进行了数值模拟。结果表明:当转速为100r/min时,涡轮式搅拌釜桨叶区域流体的最高速度为3.10m/s,推进式的最高速度为2.36m/s,但推进式搅拌釜釜内流体的平均速度高于涡轮式的;在循环流区域,推进式搅拌釜釜内的湍动能数值范围为0.042 9~0.856 0m~2/s~2,涡轮式的为0.017 6~0.035 2m~2/s~2,推进式桨叶的流体排出性能更强;推进式搅拌釜釜顶、釜中和釜底处的混合时间比涡轮式分别缩短了34%、39%、54%,提高了混合效率。     

双层双折叶三斜叶圆盘涡轮桨釜内流场特性研究

通过计算流体力学(CFD)对双层双折叶三斜叶圆盘涡轮桨搅拌釜内的流场特性进行了模拟研究,分析了组合桨的转速N、离底距离C1及桨间距C2的变化对釜内流场的影响,利用粒子图像测速（PIV）技术对模拟结果进行了验证。研究结果表明：当转速N=100 rpm时,壁面附近的低速区域几乎消失,釜内流体整体速度得到提升及流场速度分布较好。离底距的增大会导致釜内流场的高速区上移,当离底距C1=0.28h时,近液面区域流体流速改善较明显,釜内流场速度分布较为合理。桨间距的提升能改变上下桨叶的配合效果,当桨间距C2=0.25h时釜内混合效果最佳,近液面区域流体流速明显提高,釜内流体整体流速较高。研究结果可为双折叶三斜叶圆盘涡轮桨在实际工程应用中提供参考。     

无挡板悬浮聚合搅拌釜的粘釜规律

在φ300mm的有机玻璃釜中,用聚苯乙烯颗粒(PS)和粘胶建立了釜内流动条件对粘釜影响的冷模实验方法。研究了无挡板条件下搅拌釜内粘垢的产生及其分布规律,发现在相同搅拌功率下,各种搅拌桨叶对粘釜量的影响从低到高依次为双叶推进式桨、双叶45°斜桨、三叶后掠式桨、双叶60°斜桨、双叶平桨及六叶透平式桨,纵向分布随流型有所不同。并讨论了搅拌桨安装方式及搅拌转速对粘釜规律的影响。     

装料系数对搅拌釜混合效果的实验研究

实验采用三叶后掠式桨叶和最新获得国家专利授权的一种具有内导流作用的搅拌桨进行比较,研究不同的装料系数下,搅拌釜混合效果情况。通过对两种搅拌桨在不同装料系数以及不同转数下的实验得到以下结论:(1)混合时间均随着装料系数的增大而增大,但随着搅拌转数的增大而减小;(2)循环次数随着装料系数的增加而减小,随着转数的增加而增大;(3)装料系数增大,搅拌桨的搅拌功增大;(4)挡板附近桨叶区粘釜量比远离桨叶区的粘釜量多;搅拌釜中的物料量对粘釜量有较大的影响,当液面高度升高时,搅拌混合效果变差,粘釜量减少。     

逆流桨强化搅拌槽内流体混沌混合及流场结构失稳研究

在传统三斜叶桨的基础上,结合逆流桨结构,提出三斜叶逆流桨,以破坏或者消除搅拌槽内稳定的对称性流场结构,提高流体传递效率及混沌混合程度。结合实验和模拟两种方法,主要研究了上推式三斜叶桨(PBTU)、外推内压式三斜叶逆流桨(PBTC-U)、外压内推式三斜叶逆流桨(PBTC-D)三种桨叶体系以及不同外层桨叶长度的PBTC-U桨体系内搅拌功耗、混合时间、混沌特性参数、流场结构以及流体速度分布。实验结果表明,N=130 r/min时,PBTC-U桨相对于PBTU桨和PBTC-D桨,体系混合时间分别从22.0、37.5 s缩短到16.5 s,功耗分别降低了5.6%和12.8%,LLE值分别提高了13.69%和37.01%。在确定PBTC-U桨适宜外层桨叶长度的研究中发现当外层桨叶长度D₂=0.375D时,搅拌功耗最低且混合时间最短。PBTC-U型逆流桨通过内外层桨叶的逆流作用,强化体系内流体的随机运动,使得流场的不稳定性得到增强,对称性被破坏,进而流场结构失稳,流体混合效率得到提高。另外,PBTC-U桨可以增强流体轴、径向速度分布的波动性,有利于提高体系的混合效率。     

双层翼型桨搅拌槽内流动特性的PIV研究

在直径0.476 m的搅拌槽内,采用粒子图像测速技术对双层三叶CBY翼型桨搅拌槽内的流场进行了研究,考察了层间距、浸没深度和离底高度等参数对流场分布的影响. 结果表明,层间距H2≤0.6T(T为搅拌槽直径)时,槽内可形成整体的轴向循环流动,H2≥0.7T时槽内将产生分区流动现象. 浸没深度对桨叶排出流区域的速度影响很小. 降低下层桨的离底高度能加强下层桨的径向流动,并增大上层桨叶轮区和循环区流体的轴向流动.     

基于大黏度变化流场调控的聚合物裂解反应搅拌装置结构优化

本文针对反应釜中裂解反应的变黏度搅拌过程进行研究,完成了不同搅拌形式下的反应釜釜体流场模型构建,进行了流体速度场模拟,并对物料流体速度进行了统计,通过对结果的对比,得到了锚框式搅拌桨、涡轮式搅拌桨、桨式搅拌桨在变黏度情况下的搅拌特性,进而对桨型设计优化起到提供依据的作用。     

新型搪玻璃搅拌桨搅拌特性数值模拟及实验研究

采用CFD方法模拟了具有相同桨径、不同桨叶折角和叶宽结构的6种新型搪玻璃搅拌桨的搅拌特性。考察了挡板、桨叶离底高度对釜内流场的影响,基于此分析了桨叶折角、叶宽对速度分布的影响。对模拟得到的搅拌功率和混合时间进行了实验验证,并与传统搪玻璃桨式搅拌器进行比较。结果表明：①新型桨叶在加挡板且桨叶离底高度为450 mm时,搅拌效果最佳;②随桨叶折角、叶宽的增大,桨叶区轴向、径向和切向速度均呈增大趋势,当桨叶折角为45°、叶宽为95 mm时,釜内混合效果最好;③随转速增大,搅拌功率呈增大趋势,混合时间呈减小趋势,新型桨明显比传统桨混合性能好,桨叶折角为30°、叶宽95 mm时功率消耗最低,桨叶折角为35°、叶宽95 mm时混合时间最短。     

搅拌槽中酯化反应热失控的CFD模拟

热失控是化工过程中常见的安全风险之一。在间歇釜式反应器中,桨叶的机械转动可以增强流体的循环流动、湍流强度、混合程度以及传热,进而有效防范热失控。防控效果与反应器结构和搅拌桨型密切相关。针对丙酸异丙酯酯化反应,采用计算流体力学模拟研究了桨型(Rushton桨、30o PBT桨及60o PBT桨)、转动方向和挡板对釜式反应器内温度演化的影响,从流动结构方面分析了原因。基于散度的失控判据比较了三种搅拌桨抑制热失控的能力,抑制能力为Rushton桨＞30° PBTD桨＞60° PBTD桨。本研究可为搅拌反应器热失控的优化设计提供一定的理论依据。     

搪玻璃反应釜流场特征的数值模拟

为了研究化工行业中常用的搪玻璃反应釜内的流场特征,用UG(Unigraphics)建立实际搅拌釜的三维简化模型,然后导入Gambit中进行网格划分,最后应用Fluent数值模拟,得到了不同转速、流体介质和搅拌形式下反应釜的流场特征并进行对比分析。结果表明:转速改变,流体的速度和压力分布情况相同,仅仅是数值上有所改变,转速的增加使得搪玻璃温度计套表面所受压力增加;不同流体介质下,流体的流场有所差别,粘性较大的流体介质流场速度扩散相对要差,搪玻璃温度计套所受压力较小;对比3种不同搅拌形式(桨式、叶轮式和框式)下的流场发现,叶轮式搅拌器比桨式的流体速度扩散要好,框式搅拌器的流体速度分布最均匀,但是框式搅拌釜流场中搪玻璃温度计套所受压力也最大。     

高黏体系中最大叶片式搅拌桨直径的CFD优化

以黄原胶溶液为研究体系,借助于计算流体力学( CFD)方法研究了采用不同直径的最大叶片式搅拌桨时釜内流体速率分布、死区体积、剪切速率、表观黏度和总体流体状况等参数.研究发现:在保持功率不变的前提下,随着桨径的增大,釜内循环区影响范围变广,全釜平均液相速率逐渐增加,速度分布均匀度有所提高,死区体积明显下降.对于研究的搅拌...     

Fluent在PC合成过程模拟研究中的应用

采用Fluent 6.3.26软件对光气法聚碳酸酯合成搅拌反应釜内的搅拌过程进行模拟研究。考察了挡板的设置、搅拌桨形式、桨叶倾斜角度对釜内流体流动的影响,并建立了聚碳酸酯合成计算机数学模型。模拟结果表明,采用45°圆盘涡轮搅拌桨有利于光气法聚碳酸酯合成的传质与传热。     

PVC悬浮聚合釜内流场与传热的研究

对四川宜宾江源化工机械制造有限责任公司制造的70 m3 PVC聚合釜内的流场进行了CFD数值模拟,并对聚合釜的换热能力进行了现场测试.结果表明,聚合釜内流场结构为在每层桨的上下位置分别出现两个循环涡,随着搅拌转速的增加,两层桨之间的连接流现象增加,叶轮排量、循环流量和搅拌功率增加,流体的混合效果变好.聚合釜半管外夹套的传热系数在900～1 070 W(℃·m2)之间,内冷管和封底夹套的传热系数在820940 W/(℃·m2)之间.     

JH型轴流式搅拌桨流场分析及设计

通过对一组不同几何尺寸的扭弯叶片———ＪＨ 轴流桨及４５°三叶折叶桨搅拌流场、功率的测试对比及分析， 分析了桨叶安装高度对桨叶性能的影响。该新型轴流式搅拌桨具有轴流特性好、流场分布均匀、省功节能及流体传输距离远等特点， 是一种较理想的轴流式搅拌桨     

柔性Rushton搅拌桨的功耗与流场特性研究

基于传统的Rushton桨,开发了一种柔性叶片Rushton搅拌桨。采用数值模拟方法研究了柔性桨的功耗及层流和湍流流场特性,并分别采用扭矩测量法和粒子图像测速法进行了实验验证。结果表明,对于实验规模的搅拌容器,当介质黏度与甘油接近时,可用橡胶作为柔性桨叶制作材料。Reynolds数≤100时,柔性桨的功耗大于刚性桨;Reynolds数大于该值后,柔性桨的功耗小于刚性桨。柔性桨叶对被搅拌流体具有自适应特性,流固耦合作用下产生的变形增加了流体的径向流动能力。搅拌低黏度流体时,柔性桨能提升近桨区流体的速度,增加桨叶远端流体的循环流动能力;搅拌高黏度流体时,近桨区和桨叶远端流体的速度均大于刚性桨。就尾涡而言,柔性桨产生的涡量较小,耗能少。