改进型INTER-MIG搅拌槽内固液悬浮特性的数值模拟

应用CFD软件Fluent 12.0和并行计算机工作站对双层改进型INTER-MIG桨式搅拌槽内的固液悬浮特性、临界离底悬浮转速及功率消耗进行数值模拟,分析了在固体体积分数as=30%下,转速n、桨叶离底距离C1和桨间距C2等因素对搅拌槽内颗粒悬浮特性的影响. 结果表明,在一定的转速和桨径下,改变C1和C2会改变流场的局部结构,选取适合的C1和C2可使固液混合更均匀,有利于颗粒悬浮和整个搅拌槽传质传热的进行. 最佳桨叶离底高度与槽径比为0.36,最佳桨叶间距与槽径比为0.44;在该最佳工况下临界离底悬浮转速Njs=118.3 r/min;得到既能达到完全离底悬浮、又能使搅拌功耗最小的最佳转速为n=124 r/min.     

固-液导流筒搅拌槽内流体流动和颗粒悬浮特性

在直径0.8 m的导流筒搅拌槽内,对单相液体的三维速度分布、固-液两相的固体颗粒浓度分布和离底悬浮特性进行了系统的实验研究. 结果表明,导流筒内外的轴向液相速度远大于径向和切向速度,导流筒外壁附近存在一个与主体轴向流动方向相反的二次流区域;搅拌槽底部结构对固体颗粒的临界离底悬浮转速(NJS)有显著的影响,浅锥底的NJS比平底的低14%以上;NJS随固相浓度的增加而增加,但当浓度超过50%时,NJS略有降低;槽内固相浓度分布的均匀性随固相浓度的增加而得到改善. 本研究结果对导流筒搅拌槽的优化设计具有一定的指导意义.     

固-液导流简搅拌槽内流体流动和颗粒悬浮特性

在直径0．8m的导流筒搅拌槽内，对单相液体的三维速度分布、固-液两相的固体颗粒浓度分布和离底悬浮特性进行了系统的实验研究．结果表明，导流筒内外的轴向液相速度远大于径向和切向速度，导流筒外壁附近存在一个与主体轴向流动方向相反的二次流区域；搅拌槽底部结构对固体颗粒的临界离底悬浮转速（NJS）有显著的影响，浅锥底的NJS比平底的低14％以上；NJS随固相浓度的增加而增加，但当浓度超过50％时，NJS略有降低；槽内固相浓度分布的均匀性随固相浓度的增加而得到改善．本研究结果对导流筒搅拌槽的优化设计具有一定的指导意义．     

新型自吸式多相搅拌槽临界悬浮特性的实验研究

在不通气的情况下,对新型多相搅拌槽进行实验,得出了其固相含量w、颗粒密度r、搅拌槽内径D与临界悬浮转速Nc的关系,在相同条件下,与给定结构尺寸的标准搅拌槽对比了临界悬浮转速. 结果表明,Nc随固相分率j增加和粒径dp增大而增大,不利于达到良好的悬浮效果;固相颗粒密度越大,临界悬浮转速随之增大;槽径增大使达到悬浮状态的临界转速降低. 该新型搅拌槽临界悬浮转速的关联式是Nc=6.3dp0.21(gDr/rL)0.45w0.19/D0.55;同一固相分率下,新型多相搅拌槽的临界悬浮转速比标准搅拌槽降低了30%,在较低转速下就能使颗粒悬浮.     

基于LED光源反射的液固搅拌槽中颗粒悬浮特性测定的光纤法

提出一种基于LED光源反射的液固搅拌槽中固体颗粒悬浮特性测定的光纤法. 在直径0.38 m、底部为椭圆形的搅拌槽中,用该法对水-二氧化硅两相体系固体颗粒悬浮特性进行了测定. 结果表明,测量临界离底悬浮转速Njs的测量点应选择在搅拌槽下部区域,径向位置对Njs影响不大;在整个固含率范围内,光纤测量法与取样法测量结果较接近,平均相对误差为4.0%,目测法测定结果比取样法与光纤测量法稍高,光纤法比取样法更快速、简便,具有适用于不透明容器的优势,能快速测定最小均匀悬浮转速Nus,Nus随固含率增大而增大.     

无挡板搅拌槽中液－固体系的分散特性

在内径0.3 m、高0.45 m的无挡板搅拌槽内,采用直径0.15 m的三叶70o下推斜叶透平桨(PBTD, Pitched Blade Turbine Downflow)进行水-二氧化硅两相体系液固分散特性的研究. 应用PC-6A粉体浓度测量仪对体系中颗粒局部浓度进行测定. 考察了颗粒平均相含率为0.005的条件下,不同搅拌转速、搅拌桨离底高度对颗粒局部浓度分布的影响. 结果表明,采用较高搅拌转速、较低的搅拌桨离底高度有利于固体颗粒的悬浮. 本实验中,在搅拌转速为173 r/min、搅拌桨离底高度为0.08 m的操作条件下,颗粒悬浮效果最好.     

磷酸陈化槽内桨叶高度对颗粒悬浮特性影响的数值模拟

以磷酸陈化槽为研究对象,使用计算流体力学软件FLUENT对陈化槽内的磷石膏固体颗粒的悬浮特性进行了数值模拟,模拟结果表明在高搅拌转速条件下,过大或过小的桨叶离底高度都不利于颗粒悬浮,搅拌功率随着桨叶的离底距离先增大,然后趋于稳定,但是离底距离对搅拌功率的影响较小,可以忽略不计,结合搅拌槽内固相的浓度分布情况,得出相对最好的桨叶离底距离为陈化槽直径的0.33倍。     

高固含率搅拌槽内临界转速的CFD模拟

现有的针对液-固两相搅拌体系临界转速的研究多集中于低固含率体系，但工业中的高固含率体系十分常见。采用计算流体力学(CFD)方法对高固含率搅拌罐内的液-固两相流体流动进行了数值模拟，实现了对高固含率固-液搅拌罐内液固流动行为的直观预测，研究了颗粒物性(颗粒尺寸、颗粒密度)对颗粒悬浮特性的影响，结果表明，随着颗粒尺寸或颗粒密度的增加，颗粒的悬浮高度逐渐降低，最大固相体积分率增大。基于CFD方法的完全离底悬浮临界搅拌转速的预测方法，得到了高固含率搅拌罐内不同颗粒物性下关键参数离底悬浮临界转速Nc的变化规律：N_c随着固液密度差的增加而增加，随着颗粒直径的增加而增加；变化规律可用公式表示为：N_c∝(ρ_s-ρ_l) ^{0.751 7},N_c∝(d_s) ^{0.934 3}。     

上浮颗粒特性对三相搅拌槽内固-液悬浮及气-液分散的影响

在直径为0.476m(T)的椭圆底有机玻璃搅拌槽中,采用作者此前研究优选的多层组合桨(HEDT WHD WHU),分别选用粒径在0.5至4mm、密度范围在900至955kg(m(3的聚丙烯(PP)颗粒及粉料、低密度聚乙烯(LDPE)颗粒、高密度聚乙烯(HDPE)颗粒作为上浮固体,操作液位为1.5～1.8T,研究了颗粒特性及操作液位对空气-水-上浮固体三相体系的固-液悬浮及气-液分散性能的影响.结果表明:对于同种颗粒,其表面状态对悬浮特性有较大的影响,颗粒表面因含有少量残余溶剂而呈现部分憎水特性时,达到液面处颗粒停留时间不大于1～2秒的临界悬浮状态所需搅拌转速及输入功率显著增加;此时减少上层桨与液面的距离对降低临界悬浮转速及功率有较大贡献.当颗粒种类不同,表面状态及粒径相近时,液固密度差越大,所需悬浮转速越高;但相同输入功率及表观气速时的气含率相差不大.液固密度差相近时,颗粒越小越易被悬浮,但颗粒越小浓度增加使三相体系的气含率降低的幅度越大.对于不同颗粒所得气含率关联式及悬浮特性研究结果可为工业气液固搅拌槽/反应器的优化设计提供参考.     

制备生物柴油反应釜内固液悬浮特性数值模拟

针对利用固体酸催化剂制备生物柴油反应釜内固液混合均匀性问题,选择了具有不同叶轮组合的双层搅拌桨:上层叶轮为A200下层叶轮为A100(A1)和上层叶轮为A100下层叶轮为A200(A2)。基于计算流体力学(CFD)方法,采用Mixture多相流模型对固体酸粒子在反应釜内固液悬浮特性进行数值模拟,获得两种桨结构反应釜内固体酸粒子完全离底的临界悬浮转速,并考察不同工况对反应釜内固体酸粒子速度、浓度分布及均匀性影响。结果表明:相同粒径条件下,A1反应釜中粒子的临界悬浮转速小于A2反应釜;提高搅拌转速、减小粒子粒径有利于提高固体酸粒子运动速度,体积分数对固体酸粒子速度的影响较小;当搅拌转速、粒子粒径和体积分数分别为980 r/min、0.3 mm、0.75%时,A1反应釜内固体酸粒子浓度分布的标准偏差较A2而言,下降了4.25%、4.25%、2.58%,说明搅拌桨A1对釜内固体酸粒子分布的均匀性优于搅拌桨A2。     

精金矿生物氧化反应器固体悬浮及能耗研究

为了解决生物氧化反应器存在的高剪切及高能耗等问题,分别以石英砂和含砷难处理精金矿固体颗粒为研究对象,对临界离底悬浮转速Njs和功率进行研究。结果表明,Njs随着固含率的增大而增大,轴向桨Njs随通气量的增大而减小,而径向桨Njs随通气量的增大变化不大;功率随着搅拌转速的增大而增大,从釜底引气时功率会随着通气速率的增大而增大,从侧壁引气时功率则受通气速率的影响不大。     

PARTICLE-LIQUID MASS TRANSFER IN MULTI-IMPELLER AGITATED THREE PHASE REACTORS

The mass transfer coefficient between solid particle and liquid has been measured in high aspect ratio multiimpeller agitated three phase (gas-liquid-solid) reactors. Experiments were conducted in 0.15 and 0.30 m id acrylic columns of lm length each. Two types of impeller were used: disk turbine (DT) and pitched turbine downflow (PTD). Air used as the gas phase was introduced through a ring sparger of 0.8 D size located 0.1 T distance above the bottom. The interimpeller spacing was maintained at the tank diameter. The range of gas velocity used was 0-15 mm/s. A unique correlation between particle-liquid mass transfer coefficient and critical impeller speed for solid suspension has been presented.     

三轴搅拌釜不同桨径比下固-液悬浮特性的数值模拟

利用FLUENT软件对不同桨径比下立式三轴搅拌釜内单相和固-液两相混合过程分别进行三维数值模拟,对流场分析可知增大桨径比能改善立式三轴搅拌釜内流场的结构。利用修正速度判据得出不同桨径比下搅拌釜的临界悬浮转速,并通过计算临界悬浮转速下的搅拌功率,初步得出立式三轴搅拌釜桨径比的最佳取值范围在0.1～0.125之间。     

基于Hilbert-Huang变换的搅拌釜临界悬浮转速的声发射测量

基于声发射测量技术,结合Hilbert-Huang变换（HHT）,分析搅拌釜壁声发射信号,获得了代表浆液运动的特征频段(20～230 kHz),以特征频段对声信号进行重构。同时,以重构信号能量为特征参数,根据其随搅拌转速的规律性变化,提出了搅拌釜临界悬浮转速的测量判据,即重构信号能量由上升转向平稳时所对应的搅拌转速为临界悬浮转速。与目测法相比,该方法平均相对误差为3.83%,具有较高的精度。进一步,发现外循环加强了搅拌釜内轴向流动,有利于固体悬浮,从而使临界分散转速变小,并建立了外循环搅拌釜临界悬浮转速的预测关联式,平均相对误差为5.78%。由此获得了一种快速、准确、安全的临界悬浮转速的测量技术,有利于工业生产流程的优化和控制。     

SOLID-LIQUID SUSPENSION SYSTEM IN AGITATED TANK WITH DRAFT TUBE

Solid-liquid suspension in an agitated tank with a draft tube was investigated witha newly developed infrared turbidimeter for measuring solid concentration.The diameter of theflared inlet transition tube and the distance from the inlet to the tank bottom are two importantparameters for draft tube design The NAX-4 impeller,developed in this study,is characterized byits high flow efficiency and low power consumption.Some modifications are made to the Bald′smodel by considering the effects of solid concentration and fluid viscosity on the critical speed forcomplete off-bottom suspension.The modified equation fits the experimental data satisfactority andcan be used in scale-up design     

具有双层桨结构的自吸式搅拌反应器的流体力学性能

在直径0.48 m的搅拌槽中以水?空气为介质,对具有双层桨结构的自吸式反应器的流体力学性能进行了实验研究,考察了自吸式桨浸没深度、底层桨结构和搅拌桨层间距对自吸式桨的临界吸气转速、吸气速率和气含率的影响。结果表明,临界吸气转速随自吸式桨浸没深度增加而增加,临界吸气转速几乎与下层桨的结构无关;吸气速率与气含率随浸没深度增加而减小,吸气速率与气含率受下层桨影响较大,层间距为自吸式桨直径(D)且采用上推式的四叶宽叶翼形轴流式桨作下层桨时,自吸式桨的吸气性能最佳。     

Solids suspension agitation in square tanks

The Zwietering correlation for the just‐suspended speed has been modified to include baffling and geometric effects (impeller‐to‐tank diameter ratio and impeller off‐bottom clearance) for two impeller types (high‐efficiency and pitched‐blade). Baffles are generally not required when using square tanks although they improve solids suspension performance of pitched‐blade turbines. Comparison of square tank solids suspension to that in a fully baffled cylindrical tank has also been made. Very little difference was observed in the power number, but the just‐suspended speed, torque, and power requirements were higher in the square tank.