混合澄清槽研究进展

混合澄清槽是应用最早、使用最广泛的逐级接触式萃取设备,具有级效率高、适应性强、放大简单及操作性强等优点.文章综述了近年来研究者们普遍关注的新型混合澄清槽形式,介绍其工作原理,剖析了不同槽体的优缺点,总结了当前混合澄清槽的三大研究方向分别是高混合效率、低搅拌转速和小占地面积.此外,随着对混合澄清槽的研究不断深入,国内外学者利用先进的技术深入地剖析设备内部的流体力学特性,如桨叶的抽吸效应、分散相液滴直径分布等,文中对此也进行了介绍,提出计算流体力学方法是改进混合澄清槽混合与澄清性能的重要手段.     

混合澄清槽混合与澄清特性的规律研究

混合澄清槽是最早也是目前依然被广泛使用的萃取设备,针对混合澄清槽存在的局限性对其混合与澄清特性进行规律性研究。研究过程采用SOPAT液滴测量平台测量液滴尺寸,针对不同体系混合室、澄清室液滴尺寸分布、平均液滴粒径、持液量、分散带尺寸、夹带量之间的关系探讨达到研究目的。实验结果表明,在混合过程中,大部分体系的等比表面积平均直径D ₃₂与转速呈指数关系,与持液量的关系符合Calderbank模型。而在澄清过程中,澄清效果主要受到液滴尺寸、密度差、黏度、质量传递、温度、界面张力的影响,其中界面张力的增加会增强分相效果。通过对液滴测量影响因素进行系统的研究,为具体的操作下优化或改进混合澄清槽的结构打下基础。     

混合澄清槽数值模拟与实验研究进展

稀土是不可再生的重要战略资源,在高新技术材料中具有不可替代的战略作用。混合澄清槽具有操作稳定性好、级效率高、结构简单、易放大等优点,是稀土分离工业中使用最为广泛的萃取设备。本文概述并分析了应用于混合澄清槽模拟的数值模型,结果表明Eulerian-Eulerian多相流模型、k-?湍流模型和多参考系模型因使用简便、精度可靠、对计算机性能要求不高而被当前的研究者们大量采用。此外,针对混合澄清槽抽吸性能、混合特性和澄清特性三大重要性能指标,分别总结了影响各性能的主要参数和调控方法,分析表明在抽吸性能和混合时间方面的研究较为成熟,在液滴聚并破碎数值研究、澄清方式和改进等方面的研究相对薄弱,构建高精度网格、采用更细致分析流场时空发展趋势的大涡模拟和引入种群平衡模型等方法将是下一步深入研究混合澄清槽的重要方向。     

核燃料后处理厂泵轮式混合澄清槽的选型与设计

核燃料后处理厂中通常采用混合澄清槽作为铀纯化流程和溶剂循环流程的液-液萃取设备。与普通的机械搅拌混合澄清槽相比,泵轮式混合澄清槽具有设备紧凑、易于进行放大设计等优点,因此在国外核燃料后处理厂中广泛使用。文章简要介绍了KAPL型、KREBS型、PowerGas型以及法国后处理厂使用的泵轮式混合澄清槽;通过比较几种混合澄清槽的优缺点,分析适用于我国核燃料后处理厂的泵轮式混合澄清槽的结构形式,并对泵轮式混合澄清槽进行简略设计。     

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.     

改进型三斜叶-Rushton组合桨槽内流场特性研究

为将改进型三斜叶-Rushton组合桨高效应用于实际工程,通过计算流体动力学(CFD)对装配改进型三斜叶-Rushton组合桨搅拌槽内的流场进行了模拟研究,与三斜叶-Rushton组合桨进行了对比;并通过粒子图像测速(PIV)技术研究该组合桨槽内搅拌转速n、桨叶间距C2及离底距离C1的变化对流场产生的影响.结果表明当转...     

CFD-PIV流场分析技术应用于太阳热水系统的研究进展

综述了CFD-PIV技术应用于太阳热水系统的研究进展,重点阐述了该技术用于提高太阳热水系统热效率的优越性,说明了太阳热水系统是应用最广泛的可再生能源利用技术之一。分析系统内的流体流动状况对于强化太阳热水系统中的对流传热过程、优化系统结构、提高系统热效率,进而指导太阳热水系统的工程设计具有非常重要的意义。利用计算流体力学和粒子图像测速技术相结合来分析流场是化学工程相关研究的发展趋势。     

平直和柱面小翼涡发生器诱发流动特性PIV实验研究

在Re=700、攻角α=60°时,利用粒子图像测速技术(PIV)研究了矩形通道内平直和柱面小翼诱发的流动结构,获得涡发生器(VG)后1~3倍弦长距离的速度场和涡量场。结果表明,三角小翼的涡结构主要分布在斜边中心和后缘角区;梯形和矩形小翼的涡结构主要分布在前缘翼梢区域和后缘区域;此外,柱面梯形小翼中心区域的涡结构明显,影响范围最大。随着流动的进行,涡结构强度逐渐减弱,三角小翼仅维持一个主涡向下继续运动;梯形和矩形小翼也仅维持一个主涡和一个后缘角涡的结构。随着斜截角的减小,前缘和中心区域诱发高强度涡结构的能力增强,影响范围也广,而后缘角涡的影响范围较小,且与底部壁面的距离较远。     

正弦波纹挡板式沉降器内流动特性

采用VOF模型对正弦波纹式入口挡板的重力非均相沉降器内流场进行数值模拟研究。对比了正弦波纹挡板与平挡板的平均流场分布情况;分析了沉降器的轴向流速均一程度（λ₁）随时间演化特性;探究了λ₁和面积加权平均湍流强度（I_a）在沉降器内空间分布特性;引入流场均稳指标USC;研究了冲击间距（L_b/D）对USC的影响。结果表明:正弦波纹挡板作为入口构件可以有效降低返混。在0.84＜L_b/D＜2.17范围内;正弦波纹板沉降器内流场的均一程度整体高于平面挡板;随着L_b/D减小;平挡板沉降器内流场的λ₁基本不变;但正弦波纹挡板沉降器内流场的λ₁降低;且对I_a的影响不明显。对比平挡板;正弦波纹挡板可以有效降低轴向速度的梯度;使返混区面积减小;流场稳定性提高。随着L_b/D增加;USC值呈现多峰值趋势;L_b/D=2.17时正弦波纹板沉降器的USC取得极大值为14.68;较平挡板提高了93.67%。     

挡板对Backman反应器中混合器特性的影响

利用粒子图像测速技术(PIV),对 Beckmann 重排反应器中混合器的错流射流混合过程进行了观测,获得了二维冷模装置内的流场分布信息;同时运用计算流体力学软件 FLUENT6.1模拟了三维混合器内快速射流混合过程,考察了挡板对三维混合器内流场的影响。研究结果表明,有挡板的混合器的出口浓度分布更为均匀,出口截面的未混合度σ低于0.005,远远小于临界值0.05。因此,混合腔内增置挡板对混合器的混合效果有明显改善。     

Experimental study on solid circulation in a multiple jet fluidized bed

Particle image velocimetry was used to investigate the evolution of multiple inlet gas jets located at the distributor base of a two‐dimensional fluidized bed setup. Results were used to estimate the solid circulation rate of the fluidized bed as well as particle‐entrainment into the individual jets. The effects of fluidization velocity, orifice diameter, orifice pitch, particle diameter, and particle density were studied. It was determined from this study that the solid circulation rate linearly increased with an increase in the fluidization velocity until the multiple jet system transitioned from isolated to an interacting system. In the interacting system of jets, the solid circulation increased with fluidization velocity but at a much lower rate. For multiple jet systems, this phenomenon may indicate the presence of an optimum operating condition with high circulation rate and low air input in the bed. © 2011 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 58: 3003–3015, 2012     

气升式环流反应器液相流场的研究

运用粒子图像测速仪(PIV)技术测量了一拟二维气升式环流反应器内液相流动状态。避开了气液两相成像带来的图像处理困难。成功测取了时均液相速度、瞬时雷诺应力、剪切应力等在反应器下降段内的分布;考察了反应器上升段进气量和反应器液位高度对液相循环速度的影响;同时,对反应器三个具有代表性的流动部分进行了观测,获得了该反应器内液相流场具有代表性意义的速度分布图。研究结果为认识该类反应器的性能及进行反应器设计、优化提供了有价值的参考信息。     

PIV技术应用于循环流化床颗粒运动测试

粒子图像测速(PIV)技术被尝试用于测量循环流化床内颗粒运动,运用二值化互相关图像处理算法,得出了流场中粒子的轴向速度及水平方向速度分布图,并分析了粒子运动的变化规律。测试结果较好地反映了循环流化床内颗粒流动的一些特性,表明PIV技术在循环流化床气固两相流体特性研究中具有较好的应用前景。     

换热管内安装转子的PIV实验

采用粒子图像测速技术(PIV)对安装\"洁能芯\"转子的换热管及光管进行了实验研究,获得了换热管内速度场及湍动能的分布.实验结果表明:与光管相比,换热管内安装\"洁能芯\"转子后,流场发生了改变,轴向速度分布由近抛物线形变为近M形分布;径向速度在管中心轴线两侧一个相当大的区域内比光管高出一个数量级,并且出现正负交替变化,即速度方向在不断地改变;作为最能体现\"洁能芯\"转子强化换热效果的指标,湍动能有了显著的提高,说明了\"洁能芯\"转子具有很好的强化传热功能.     

基于PTV法对油气水三相流流场的测定

以35^#润滑油、空气和自来水为实验介质,对垂直上升管内的油气水三相流的流场与流速进行了实验研究。在水流量为3.18 m ³·h ^-1、空气流量为0.25 m³·h ^-1、油流量为0.4 m³·h ^-1的工况下应用高速摄像机对水包油流型进行了拍摄,并跟踪气泡及油滴,对流速与流场进行了测定,同时与DPIV中的互相关法求出的流速进行了对比,实验结果表明,应用跟踪气泡及油滴的方法同DPIV的互相关法求出的流速与流场存在较小的误差,可以应用于油气水三相流中的流速与流场的测定。     

非牛顿流体中的两并行运动气泡周围流场及气泡间相互作用的PIV研究

The flow fields surrounding two parallel moving bubbles rising from two identical orifices submerged in non-Newtonian fluid of carboxymethylcellulose (CMC) solution of three different mass concentration were measured experimentally by the use of particle image velocimetry (PIV). The influences of gas flowrate, solution mass concentration, orifice interval and the angle between two bubble centers line and vertical direction on the flow field surrounding bubbles were discussed respectively by analyzing the velocity vector, velocity contours as well as individual velocity components. The results show that the liquid velocity both in front of two bubbles and behind increases with gas flowrate duo to shear-thinning effect of previous bubbles, whereas decreases with the increase of CMC concentration due to the increase of drag force acting on bubbles. The effect of the orifice interval on the flow field around two moving bubbles becomes gradually obvious as the interval becomes closer. Moreover, two adjacent side-by-side bubbles repulse each other during rising, leading to the practical interval between them increased somewhat above the orifice interval. When the distance between bubbles is less than the orifice interval l0 mm, the interaction between two neighboring bubbles changed from mutual repellence to attraction with the decrease of the angle of the line of linking two bubble centers to the vertical direction.     

内置转子圆管内液体流动的PIV测量

采用粒子图像测速技术对安装三叶片转子的圆管、安装两叶片转子的圆管及光管进行实验研究,获得了换热管内流场的分布情况. 结果表明,圆管内安装小导程三叶片转子的轴向速度沿径向的分布与圆管内安装两叶片转子差异不明显,均呈近M型分布,但径向速度沿径向的分布明显大于两叶片转子,且湍动能沿径向的分布也高于两叶片转子. 以湍动能的衰减长度作为表征单个转子的作用范围量,在管内放置单个转子后,湍动能逐渐衰减,并在经过约10 mm距离后稳定在一恒定值附近,因此,认为洁能芯转子的作用范围长度为10 mm,这对工业应用具有重要意义.