多层桨功率准数的CFD模拟研究

为考察多层桨的功率准数,采用CFD方法对不同桨型及层间距的组合进行模拟。研究发现,对多层轴流桨以及轴流桨和径流桨的组合,最上层搅拌器的功率准数基本不变,3层搅拌器时,中间层搅拌器的功率准数降低为基准值的60%。对多层轴流桨PBT的组合,由于流型的影响,下部搅拌器的功率准数有所降低,层间距与桨径相等时,2层PBT的功率准数为单层桨的1.75倍,3层PBT时,总功率准数为单层桨的2.35倍。对径流桨与轴流桨的组合,径流桨的功率准数和最上层轴流桨的功率准数都基本不变。研究结果可为工业中搅拌功率的计算提供依据。     

组合桨的气液搅拌特性实验研究

对 6种三层组合搅拌桨的功率准数及传质特性进行了实验研究。结果表明 ,1层径流型桨叶和2层混流型桨叶的组合 ,综合性能优于其他形式搅拌桨的组合 ,其功率准数比六直叶圆盘涡轮式桨叶减少 4 0 % ,且在通气下其功率下降最小 ,而传质系数Kla与最大的三层六直叶圆盘涡轮搅拌桨相当     

桨式搅拌器功率准数三种取得方法的对比

在有挡板条件下,对常用的桨式搅拌器(单层二叶平桨、二叶斜桨、四叶斜桨及双层四叶斜桨),桨槽径比为0.5—0.6,进行搅拌功率曲线的测绘。利用经验公式对功率准数进行了计算,通过关联值与实验值的对比发现,Nagata关联式在层流状态时关联值与实验值相差较小,在湍流时二者相差较大,而Kamei和Hiraoka关联式则在过渡流和湍流区与实验值比较吻合,在层流区的偏差比较大。利用计算流体力学模拟了搅拌器各种状态的功率准数值,模拟值与实验值对比发现,模拟值在不同的雷诺数时都与实验值吻合较好。     

翼型组合桨持气特性的实验研究及数据关联方法

研究了内径φ0.382～1.16m机械搅拌釜中翼型组合桨气液两相的持气特性,考察了结构参数 (包括翼型桨径、桨间距、桨下距离、通气位置、挡板形式及翼型桨排出流方向)和操作参数 (包括搅拌转速与通气量)对气含率的影响.采用单位体积功率和表观气速及Froude数和通气流动数两种方法对气含率进行了关联处理,并采用神经网络技术建立了翼型组合桨的气含率关联的网络模型,该模型掌握了各参数对气含率的影响规律,具有很好的泛化能力,与传统关联方法相比,网络模型的预测误差可缩小至±10％以内.     

改进CBY桨搅拌釜内单相流体流动与传热特性研究

使用计算流体力学软件FLUENT(V6.3)对自行设计的开槽式翼型搅拌桨—CBY-H桨搅拌釜内单相体系的流动性能进行了数值研究,采用多重参考系法(MRF)和RNG k-ε湍流模型模拟搅拌釜内液体的流动情况,并将研究结果与标准的CBY桨的轴流特性进行了对比。结果表明,CBY-H桨可提高流体轴流循环性能,在桨叶下方和桨叶区流体的轴向速度比CBY桨大,高速运动的流体区域覆盖范围更广,釜内速度分布更均匀。同时CBY-H桨消耗的功率低于CBY桨,节能18.4%。论文还进行了传热实验研究,发现CBY-H桨的釜内对流传热系数略大于CBY桨,获得了传热系数Nu的关联式。     

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...     

规整填料塔内液相返混的CFD模拟

通过对规整填料塔内部结构的分析,认为其内部存在三种基本结构单元：同一盘填料内的交叉单元、上下两盘填料旋转90度的衔接单元和填料与塔壁的衔接单元。使用RNG k—ε湍流模型对不同的结构单元进行三维CFD模拟计算,发现不同的结构单元具有不同的流动特性。同时．使用示踪激励响应技术,研究了不同结构单元的轴向返混情况。     

泛能式桨混合特性的数值模拟

运用CFD技术研究了泛能式桨在高黏假塑性流体中的搅拌混合特性。重点考查了搅拌桨的上、下叶片错开角和下叶片后掠角在不同组合下对混合过程的影响,包括搅拌流场的分布、功耗特性、泵送准数、死区分率、剪切速率和表观黏度。结果表明:功耗与错开角和后掠角成反比,这与文献报道的实验结果相同。流场分布为双循环流型,且受到错开角和后掠角的影响。错开角和后掠角存在最佳的组合方式60°-60°,使得相对功耗小,泵送准数大,死区分率小。     

宽黏度域轴流桨及在非牛顿流体中功率特性的实验研究

根据某反应的特定工艺过程要求,提出了一种适合宽黏度域的高效轴流式搅拌桨--SP304型轴流式搅拌桨,该桨叶片呈空间扭转状,且具有曲率,可减少流体阻力,提高排出性能.并设计了一套实验装置对这种高效轴流桨在非牛顿流体中的功率特性进行研究,得到了功率常数K_p、Metzner常数k_s和功率特性曲线,为工业化装置的设计提供实验数据.通过观察实验中不同浓度、不同转速下的流体流动细节,可以获得整个流动场的概念,对搅拌桨离低高度、桨间距等参数设计具有重要的指导意义.根据实验结果对此高效轴流搅拌桨成功地进行了工业应用.     

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。     

A study of an up- and a down-pumping wide-blade hydrofoil impeller: Part II. CFD analysis

Two different ways of using CFD to determine the flow field produced by the complex, wide-blade hydrofoil APV-B2 impeller are presented. The use of the “sliding mesh” approach was not successful and the reasons are discussed. Details of the numerical solution of the momentum transfer equations are described for the case of an axially-symmetrical jet model. The flow field for the single impeller pumping either upwards or downwards at 200 rpm was simulated using the structured Fluent code. Good agreement of CFD predictions with LDA velocity data was found, though the maximum local energy dissipation rate was 2 1/2 to 5 times lower than was estimated from the experiments. The power numbers predicted by CFD were slightly higher than those obtained experimentally. The flow fields for dual and triple impellers pumping upwards were also simulated and used to guide larger scale homogenisation experiments.     

多层带式干燥机风速场的CFD模拟及检验

多层带式干燥机箱内风速分布不均匀是导致干燥效率低、干燥不均匀的主要原因。对多层带式干燥机风速场进行了实验研究，建立了多层带式干燥机箱的CFD理论模型，对其风速场进行了数值模拟，并与实验测试结果进行对比，认为用CFD方法模拟多层带式干燥机箱内风速场是可行的。     

旋流脱气性能影响因素的CFD模拟

液体脱气是工业生产环节不可缺少的部分。脱气式旋流器能够在线、快速地进行脱气工作, 但目前发展处于初期阶段, 对于其脱气性能影响因素的探究还不全面。本文采用计算流体动力学(CFD)的方法, 运用流体力学软件Fluent, 在H₂O-CO₂的两相体系、湍流模型采用Reynolds应力模型、多相流模型采用Mixture混合模型的条件下, 对不同柱径比的液体脱气式旋流器进行数值模拟, 利用旋流离心场的离心力和压力梯度对微小气泡进行分离, 获得了对5～50μm不同直径气泡的分离性能以及进口流速对气泡分离性能的影响关系。研究发现, 在一定条件下, 随着柱径比值的增大, 脱气效率总体上先逐渐增大, 超过一个极限值后迅速减小, 但柱径比越大, 越有利于小气泡颗粒的迁移分离;分离效率随着进口流速增加而增加, 到达极限之后效率降低。     

非对称陶瓷膜管渗透性能的CFD模拟研究

陶瓷膜因其化学稳定性好、机械强度大等优点得到广泛应用。计算流体力学(CFD)的快速发展使得计算模拟成为研究和优化陶瓷膜管结构性能的有效手段。为了优化非对称结构陶瓷膜管的结构和操作参数,对其渗透性能进行了CFD计算模拟。针对非对称结构陶瓷膜管的膜层和过渡层的厚度在10 μm级的特点,采用Navier-Stokes方程和Darcy定律来分别描述膜管内和膜多孔介质内的纯水流动,利用多孔介质模型描述膜管的主体支撑层,用多孔跳跃边界简化膜管的膜层和过渡层,利用Konzey-Carmen方程对膜元件各层的渗透率进行估算。计算结果与实验值吻合较好,为优化陶瓷膜管的通道结构提供了便捷的工具。     

CFD simulation of the hydrodynamics in an internal air-lift reactor with two different configurations

Computational fluid dynamics (CFD) was used to investigate the hydrodynamic parameters of two internal airlift bioreactors with different configurations. Both had a riser diameter of 0.1 m. The model was used to predict the effect of the reactor geometry on the reactor hydrodynamics. Water was utilized as the continuous phase and air in the form of bubbles was applied as the dispersed phase. A two-phase flow model provided by the bubbly flow application mode was employed in this project. In the liquid phase, the turbulence can be described using the k-? model. Simulated gas holdup and liquid circulation velocity results were compared with experimental data. The predictions of the simulation are in good agreement with the experimental data.     

敞开式跑道池光生物反应器的CFD模拟与优化

采用CFD技术对敞开式跑道池光生物反应器流场进行了研究,考察了导流板结构、跑道池底部进气孔长度和宽度方向间距对流场的影响规律。结果表明,当内外导流板均为180°、导流板延伸长度?L/W为0.5时,跑道池平均速率最大,死区比例最小,功率输入最少;当宽度方向间距?Y/W1为1/4、长度方向间距?X/L1为0.025时,平均光照方向速率最大。采用粒子追踪模型,分别计算不通气与通气情况下粒子的运动轨迹,分析得到藻细胞的光照强度、光暗交替频率。     

气液两相机械搅拌釜中翼型组合桨持气特性

研究了机械搅拌釜中翼型组合桨的组合方式、桨间距、通气位置及翼型桨的排出流方向对气含率的影响。在单位体积功率消耗相同的情况下,采用以翼型k5桨为下层桨、较低的通气位置及较大的桨间距为搅拌釜的几何结构,并采用翼型桨的排出流方向向上的搅拌方式,可以提高搅拌釜的气含率。给出了气含率与单位体积功耗和表面气速的关联式。     

市政污泥化学调理装置CFD模拟

市政污泥机械脱水前多采用化学调理,调理装置搅拌过程中的流场分布直接影响调理效果。采用多重参考系-流体体积模型对实验室污泥调理罐(内径为40 cm)的流场特性进行计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟研究,验证了实验室调理罐模型气液两相分布情况。实验室调理罐的模拟结果表明:单层直桨叶调理罐的搅拌桨直径与调理罐内径比优化值为1:1.75,挡流板宽度与调理罐内径比优化值为1:20,可有效消除流体旋涡,增强湍动作用。在此基础上,对中试调理罐(内径为110 cm)的流场特性进行模拟并与实际测量值校验。该研究采用的多重参考系-流体体积模型可为同类污泥调理罐设计与优化提供参考。     

CFD simulation on membrane distillation of NaCl solution

A computational fluid dynamics (CFD) simulation that coupled an established heat and mass transfer model was carried out for the air-gap membrane distillation (AGMD) of NaCl solution to predict mass and heat behaviors of the process. The effects of temperature and flowrate on fluxes were first simulated and compared with available experimental data to verify the approach. The profiles of temperature, temperature polarization factor, and mass flux adjacent to the tubular carbon membrane surface were then examined under different feed Reynolds number in the computational domain. Results show that the temperature polarization phenomena can be reduced, and mass flux can be enhanced with increase in the feed Reynolds number.