曲面型叶片轴流式搅拌器数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT、利用多重参考系法(MRF)对曲面型叶片轴流式搅拌器的流场进行数值模拟.首先分析研究了不同扭角下曲面型搅拌器槽内流场特性和搅拌功率,表明:当扭角为10°时,槽内湍流强度强的区域更大,且搅拌功率最高;其次还分析了不同桨叶数的曲面型轴流式搅拌器的时均速度分布和搅拌功率,可知槽内时均速度、搅拌功率随着桨叶数的增加而增加.     

基于Fluent的螺带式混凝土搅拌主机数值分析

使用计算流体力学软件Fluent数值分析了螺带式双卧轴搅拌主机搅拌槽的三维流场,采用欧拉模型、动网格技术和用户自定义函数,在搅拌速度、搅拌叶片螺旋升角、搅拌时间不同的条件设置下,利用粒子示踪法(PTM)数值模拟了物料在搅拌槽内的搅拌混合过程,用搅拌时间评价搅拌主机的搅拌效率。对不同速度下的湍流动能和速度矢量分析。比较得出该型搅拌机较优的搅拌速度、搅拌叶片螺旋升角及搅拌桶长宽比等主机参数。最后通过搅拌试验验证仿真结果数据的可靠性。     

机械搅拌槽内非牛顿流体内流特性研究

在工业生产中获得广泛应用的机械搅拌混合,其流体大都是非牛顿流体,具有与牛顿流体不同的流变性质（弹性效应,剪切稀化以及剪切变稠）,所以急需对非牛顿流体情况下搅拌槽内的内流特性开展研究。基于Lin-A315桨型的粒子图像测速技术（Particle Image velocimetry,PIV）试验结果对搅拌槽内非牛顿流体的流场特性进行定常/非定常数值模拟,研究不同质量分数的黄原胶溶液在不同搅拌速度下的轴面流速分布、湍动能分布、径向截线的流速剖面、所需要的搅拌混合时间以及搅拌能耗。结果表明,数值模拟可以很好地模拟分析机械搅拌槽内非牛顿流体的流场特性;提高搅拌速度可以增加槽内主循环流的范围和强度,搅拌槽内涡的分布和湍动能分布范围也相应变大,与100 r/min相比,300 r/min和500 r/min工况下的轴向速度最大值增加3.6倍和5.9倍,所需要的混合时间缩短0.46倍和0.36倍;增加黄原胶溶液的浓度会减小流场的主循环流范围,增加速度梯度,降低槽底区域循环速度,所以与非牛顿流体溶液浓度的变化相比,所需要混合时间对转速变化更为敏感;另外提高搅拌速度会增加搅拌能耗,因此对低浓度非牛顿流体宜选择中等转速、高浓度非牛顿流体宜选择高转速以有利于溶液混合和能源节约。     

流固耦合的机械搅拌叶片强度分析

为了探究某钢厂三叶螺旋搅拌器在流体状态下搅拌器真实的应力和应变大小，利用软件Fluent和Workbench，采用多重参考系法（MRF），流体体积函数（VOF）和标准的湍流模型对螺旋搅拌器进行单向流固耦合数值模拟，得到搅拌器流场分布特点和静力分析情况。分析发现搅拌槽内最大流速位于搅拌头附近区域的流体，而搅拌槽内流场的速度来源于搅拌头的转动，最大速度值约为1.1 m/s；搅拌器最大压力出现在搅拌器底部区域，最大压力约为2270 Pa；搅拌器最大应力出现在搅拌桨叶根部区域，此处为搅拌桨叶与搅拌轴连接处，容易产生应力集中现象，最大应力约为0.241 MPa；最大形变发生在搅拌头底部区域，由于流体压力较大，磨损比较严重，最大变形量约为0.001517 mm。     

平直叶桨搅拌槽内流体混合过程数值模拟研究

采用RNG k-ε模型、多重参考系法对平直叶桨搅拌槽内高黏流体湍流流场进行数值模拟,分析搅拌槽内流体的流动特性和混合过程.结果表明:平直叶桨搅拌槽内流体主要做周向运动,流体的轴向运动和径向运动较微弱;增加的上层桨能显著提高下层桨以上流体的流动速度,但不能显著提高下层桨以下流体的流动速度;双层桨距离较近时会互相影响,导致两桨间的循环流现象消失;双层桨搅拌槽内示踪剂在扩散开始阶段主要是以团状的形式绕搅拌轴做旋转运动,之后在铅垂面上以环绕状形式在桨端周围扩散.研究结果为平直叶桨搅拌槽的设计和应用提供参考.     

多层桨搅拌槽内的液相流场研究

针对多层桨搅拌槽的结构配制问题,对多层Rushton桨搅拌槽内的液相湍流流场采用计算流体动力学方法进行了数值模拟研究。首先分析了一个高径比为H/T=1.4的双层Rushton桨搅拌槽内的流型,通过与实验结果的对比,验证了模拟方法的可靠性;随后分析了底层搅拌桨的离底高度、桨间距、桨径比、以及搅拌桨数目对一个高径比为1.6的Rushton桨椭圆底搅拌槽内流型、湍动能和搅拌功耗的影响。研究结果表明,对于所研究的搅拌槽,采用桨径比D/T=0.48、底层桨离底高度C1=0.4T的双层Rushton桨配置为最佳选择,相同雷诺数的条件下,具有湍动均匀度高、搅拌功耗低的优势。     

不同间距的双层搅拌器流场及功率的数值研究

搅拌器被广泛应用于许多工业过程中。文中应用计算流体软件Fluent对搅拌槽内的流场进行了数值模拟,采用多重参考系法(MRF)及标准k-ε湍流模型。分析了在双层搅拌器中,上下层搅拌器的不同间距对流场的影响,然后计算出不同间距的功率消耗值,最终确定最佳间距。     

双层桨搅拌槽内层流流场与混合时间的数值模拟

采用Laminar模型、多重参考系法(Multiple reference frame,MRF)和示踪剂浓度法对双层六直叶桨搅拌槽内高黏非牛顿流体层流流场和混合时间进行数值模拟,分析其流动特性、示踪剂扩散过程、示踪剂浓度响应曲线和混合时间;采用示踪粒子法和酸碱指示剂变色法对透明有机玻璃搅拌槽内流动场和混合过程进行试验测定。结果表明,双层桨中间面将示踪剂先控制在加料的半层内随主体介质流动扩散,当浓度差增大后再向另外半层扩散;在搅拌剧烈的桨叶区或在中间面加入示踪剂,可获得更短的混合时间;不同位置混合完成的时间不同,根据搅拌要求合理选择监测点,可避免资源浪费或搅拌不充分;提高搅拌转速,可使搅拌槽内介质混合过程加快,混合时间减小;试验结果验证了数值模拟结果的准确性,为非牛顿流体层流搅拌槽的设计和工程应用提供了理论依据。     

双层组合叶轮的搅拌槽对液固两相流的数值模拟

采用液固两相流的方法进行数值模拟,运用Fluent软件,利用多重参考系法(MRF)、Eulerian多相流模型、RNG k-ε湍流模型进行仿真,分析双层搅拌桨在立式搅拌槽不同工况下槽内的流场流动及搅拌功率特性。结果表明:不同组合叶轮对流场宏观流动特性影响显著,当上下层叶轮结构不同时,混合液的湍动能增强,循环流动增强,混合效果提高,故选择双层上斜下直搅拌桨作为最优桨型。在此基础上分析搅拌功率,转速大搅拌功率大;粒径增大,搅拌功率先减小后增大;颗粒体积分数对搅拌功率影响不明显,对比模拟值与实验值的最大误差为15%。     

穿流式搅拌器槽内流场的数值模拟

利用计算流体力学(CFD)方法对有挡板条件下的桨式和穿流式搅拌器槽内流场进行了三维数值模拟。在模拟的条件下,穿流式搅拌器提高了搅拌槽内的剪切速率,能够增强槽内流体的湍动,同时也加强了搅拌槽底部的流体流动。实验和模拟都发现在雷诺数较低时,两者的功率准数相当,随着雷诺数的增加有孔平桨的功率准数下降。并且发现单层四叶有孔平桨和双层二叶有孔平桨的功率准数模拟相对误差小于单层二叶有孔平桨的模拟误差。总体来说模拟值与实验值吻合还是较好,所以CFD方法的能够用于穿流式搅拌器的优化设计。