Maxblend搅拌桨在高粘性流体中的微观混合性能研究

应用商用FLUENT软件包,采用多重参考系法,对Maxblend搅拌桨在多种不同类型流体中的混合性能进行数值模拟研究,得出搅拌槽内流体的速度分布特征和循环状况。结果表明,流体的高速流动区域很大,约占整个搅拌槽体积的70%左右;最大轴向速度出现在搅拌槽的中间横截面上(Z/H=0.5),最大无因次切向速度出现在液面处;在搅拌槽底部,流体主要进行轴向运动;不同类型流体的无因次轴向速度均随着搅拌雷诺数的增大而增大,随着流体特征指数的增大而减小;轴向和切向循环量数随流体特征指数有下降趋势。研究结果对搅拌装置的结构优化及Maxblend搅拌桨的广泛应用具有重要指导意义。     

半圆管挡板搅拌槽内的湍流流场

为增强搅拌槽内流体的流动特性,设计一种半圆管形挡板,采用标准k-ε模型和多重参考系法对其内部湍流流场进行研究。通过与实验结果的比较,验证了所建模型和模拟方法的可靠性,随后对搅拌槽内的流场、速度和湍动能分布及功率消耗进行分析,并与标准搅拌槽进行对比。结果表明,半圆管挡板能提高流体速度分布的均匀程度,增大流体的轴向和切向速度以及湍动能,而且功率消耗略降低约5%,具有一定的节能功效。     

内外单螺带—锚搅拌槽中粘弹性流体的流速分布和混合时间

本文用照相法测定了内外单螺带锚搅拌槽中高粘牛顿流体和粘弹性流体的流速分布,用示踪粒子法和脱色法分别测定了循环时间和混合时间,结果发现: (1)在低Re~*数下,对于同一转速,粘弹性流体的切向速度大于牛顿流体,而轴向速度则小于牛顿流体。 (2)在槽中的低剪切区,两种流体的剪切率分布相差不大,而高剪切区的剪切率和全槽平均剪切率都是粘弹性流体的大。 (3)粘弹性流体的混合时间NT_M和循环流量N_q与牛顿流体和假塑性流体相比分别增加一倍和降低70％右左。     

推进桨、45度三叶折叶桨及新型轴流式桨的流场分析

对推进桨45°三叶折叶桨及新型扭弯轴流式搅拌桨——JH桨的三维流场进行了激光测速实验,结果分析表明,45°三叶折叶桨其轴向流场分布不均匀,而是“W”形,其周向速度随半径成正比,易于打漩,径向速度随半径增加较快。说明45°三叶折叶桨是以轴向流为主伴有一定径向流场的一种桨型;推进桨轴向速度流场均匀,但随着离桨距离的增加其均匀性下降,且轴线附近存在有低速区。其径向速度虽然在桨径范围内较小,但在桨径外仍有一定值。其周向流场分布较均匀,说明推进桨也非“纯”轴流式桨;JH桨轴向流场均匀,随着离桨距离的增加其衰减速度减慢,其径向速度分布均匀,且较小,而周向速度在桨径以外迅速衰减,并随离桨距离的增加迅速衰减。说明JH桨是一种以轴向流场为主的桨型,它比推进桨轴流特性更好,更不易产生打漩现象,是溶解、悬浮搅拌的理想桨型。     

直斜错位桨搅拌槽内流场的探究

为了进一步增强直斜错位搅拌桨的搅拌效果. 对桨叶直径Ｄ＝１６０ ｍｍ,不同桨叶间距的搅拌桨进行三维数值模拟,通过分析它们的宏观流场特征,综合速度、轴向速度、径向速度、切向速度的变化规律及死区分布规律,探究直斜错位桨的最优桨叶间距. 结果表明:当桨叶间距在3Ｄ/4-3Ｄ/4范围内,各速度分布的不均匀性较小,搅拌槽中基本无死区且流体的循环范围最广. 当桨叶间距在Ｄ/2-D范围内,高速区范围最大,且无明显变化. 当桨叶间距在3Ｄ/4-D范围内,流体的平均速率较大,当桨叶间距为3Ｄ/4时,轴向速度和径向速度较大,故搅拌效果较佳,混合效率较高. 因此,桨叶间距在3Ｄ/4-7Ｄ/8范围内可取最佳值.     

搅拌反应器流场的数值模拟

使用数值模拟的方法研究了一种搅拌反应器的流场特点,采用k-ε两方程湍流模型分析流场,采用多重参考系法处理搅拌桨区域.结果显示:改进的弧形叶桨形成的流场具有典型的径向流特点,而且轴向流动有所加强;标准k-ε模型和RNG k-ε模型均能较准确地预测搅拌槽内轴向的最大速率,但RNG k-ε模型所得结果更为准确;搅拌槽内的湍流能量主要产生于桨叶周边区域和槽近壁区域;但是桨叶下方区域受循环流动的影响比较弱,而且k值比较小,应该使桨叶更接近槽底部,或者采用带45°倾角的折叶桨,从而加强桨叶的轴向输送能力,改善混合效果.     

双层组合桨中心及偏心搅拌三维流场的数值模拟

利用计算流体力学的方法,采用Laminar层流模型对双层六直斜叶交替组合桨在甘油与水的混合物中进行中心及偏心搅拌的三维流场进行数值计算,得到了组合桨以恒转速200r/min在搅拌槽内转动时所产生的3种不同流场结构,对比分析了速度矢量图、速度云图以及轴向、径向和周向速度分布曲线,为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了依据。     

涡轮搅拌桨混合过程三维非等温流场数值模拟

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κ-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, 桨叶旋转时, 在叶轮区产生高速射流, 径向射流在流动过程中夹带着周围流体撞击到槽壁后, 径向排出并分成两部分, 在叶轮上下两侧附近形成了两个循环涡流。随着桨叶搅拌时间的增加, 搅拌槽内流体温度逐渐趋于均匀, 但在六叶轮斜上区出现6 个低温区。桨叶所产生的能量绝大部分都消耗在桨叶附近的排出流区。     

非牛顿流体在气液搅拌槽内强制流动传热特征研究

为了确定非牛顿流体气流搅拌流动传热特征，对气体有效分散区域（载点）提出了无因次准数关联式，并就两种不同叶轮搅拌的通气管外传热系数作了比较。     

半固态浆料制备过程的电磁-热-流体数值模拟

为了优化半固态浆料制备工艺,针对低频电磁搅拌半固态浆料制备系统,建立了电磁-热-流体数学模型,并在给定的定解条件下,利用ANSYS软件进行了电磁场、流场以及温度场的耦合数值模拟.结果表明,磁感应强度的径向分量大于切向分量,因此,电磁力的切向分量远大于径向分量,并且电磁力随励磁电流强度和频率的增加而增大;浆料速度的切向分量远大于径向分量,边界无滑移使得浆料切向速度近似呈抛物线分布;电磁搅拌使得浆料外半径处的温度梯度加大,而内半径附近出现了等温区,并据此给出了电磁搅拌有助于制备等轴细晶半固态组织的一个物理解释.