采用叶片与圆盘错流膜过滤黑液中木质素时剪切速度数值模拟研究

动态错流过滤利用叶片或圆盘等旋转附件的高剪切力是确保可持续的高通量进行连续操作的理想物理条件。对比旋转叶片和圆盘在截留黑液中木质素时在膜表面引起的剪切速度,转速800r/min时在膜表面引起的剪切速度明显大于300r/min时的,叶片作为旋转附件比圆盘在膜表面形成的剪切速度更大。与此同时,在转速300r/min、膜的径向距离R>35mm时,旋转叶片在膜表面形成的剪切速度大于旋转圆盘的;膜的径向距离R≤35mm时,旋转圆盘在膜表面形成的剪切速度大于旋转叶片的。     

涡流空气分级机进口风速和转笼转速匹配研究

为寻求涡流空气分级机进口风速和转笼转速的最佳匹配,利用Fluent软件对涡流空气分级机内部流场进行模拟分析,得出:当进口风速与转笼外缘的切向线速度相等或相近时流场最稳定。在流场较稳定的前提下,较高进口风速和转笼转速时,环形区湍流耗散率更大,更有利于物料的分散及分级。碳酸钙物料实验表明:转笼转速分别为800 r/min和1 200 r/min时,取进口风速分别为9 m/s和12 m/s,分级精度和牛顿分级效率都较高。其中进口风速为12 m/s,转笼转速为1 200 r/min时,分级精度和牛顿分级效率最优。该结论为利用涡流空气分级机进行分级合理调节进口风速和转笼转速提供理论依据。     

颗粒物料在半封闭式回转鼓内的混合特性

采用DEM离散单元法,对不同转速与倾角下半封闭式回转鼓内颗粒物料的混合过程进行了模拟。通过“颗粒接触数”定义的分离指数S,分析了不同转速和倾角对回转鼓内颗粒物料径向与轴向混合特性的影响。结果表明：转速与倾角对回转鼓内颗粒物料径向与轴向混合特性有显著的影响;倾角不变,转速分别为15r/min、30r/min、45r/min时,颗粒物料的径向与轴向混合速度随转速的增加而增加,当转速超过30r/min后,增加转速对径向与轴向混合速度的影响越来越小;转速不变,倾角分别为0°、17°、34°时,增大倾角能有效的增加轴向混合速度,但对径向混合速度没有促进作用,当倾角超过17°后,轴向混合速度的增幅随着倾角的增加而逐渐变小,而径向混合速度随着倾角的增大而减小,但增加转速可以减小径向混合速度下降幅度。     

标准搅拌反应器中流场分析

针对标准搅拌器流场(蔗糖水)中不同的转速、搅拌槽尺寸和搅拌器桨叶形式,采用有限元分析软件(ANSYS)分析流场中轴向路径(x方向)和桨叶径向路径(y方向)上的节点速度,观察速度向量图像和速度曲线的变化趋势和平缓程度,得出六平叶圆盘涡轮在转速300 r/min、槽径2.00m时的搅拌效果较为理想的结论。     

基于FLUENT软件卧式聚合反应器搅拌流场的数值计算

利用FLUENT软件对在役的卧式聚合反应器搅拌流场进行了数值计算。计算边界条件为流量速度进口为0.1 m/s,在转速为15 r/min的工况下,得到了相应的速度场分布云图、矢量图、压力分布图及湍动性能图。计算结果表明,轴向速度由于料液粘性比较大而呈现层状分布,径向流动为旋转绕流;压力分布亦沿着径向变化,压力最大集中在搅拌桨叶附近;湍动能集中在搅拌桨域,分布相对均匀。     

旋涡式氢气循环泵的设计及性能分析

氢气循环泵是质子交换膜燃料电池（PEMFC）发动机核心零部件之一,本文针对氢气密度低,且氢气极易发生泄漏的问题,设计了一种结构紧凑的旋涡式氢气循环泵。以该氢气循环泵的三维流场为研究对象,建立了泵腔流场的CFD数值计算模型,利用Fluent软件进行内部流场仿真计算,分析了不同转速下的氢气循环泵的的性能特性,确定了该氢气循环泵的最小转速,通过与实验数据的对比分析,验证了该计算模型的可行性和准确性。实验结果表明：氢气循环泵电机转速控制稳定,气密性良好;氢气循环泵随着进口压力提高,氢气循环量将逐渐增大,在16000r/min条件下,氢气泵入口从35kPa升到145kPa,氢气循环流量从140L/min增加到330L/min,氢气循环量满足30kW燃料电池发电系统需求。     

垂直轴5叶片阻力型风力机的动态特性

采用CFD对风轮直径为4 m的垂直轴5叶片阻力型风力机的瞬态流场进行数值模拟. 通过对不同入口风速和风力机转速条件下风力机流场和力矩系数随时间的变化情况的计算模拟,分析了垂直轴5叶片阻力型风力机的动态特性. 结果表明,流场和力矩系数的变化具有周期性,随转速增加,力矩系数的均值和周期均减小,振荡幅度增大;随风速增加,力矩系数均值和振荡幅度均大幅上涨. 力矩系数呈调制波形式,风速对曲线形态有较大影响. 随风速增大,风力机的最佳转速和风能利用率逐渐增加. 当入口风速从7.5 m/s增加到9 m/s时,风力机的最佳转速和风力机的风能利用率最大值分别从13 r/min和23.2%增加到19 r/min和25.8%.     

旋转填料床气相流场数值模拟

为解决旋转填料床内部流场较为复杂,实验流体力学基础理论研究缺乏的问题,通过计算流体力学软件FLUENT,采用正交试验法研究了填料转速、气体进口速度和填料的孔隙率对于气体流场径向速度不均匀系数的影响情况。结果表明,当填料转速1 000 r/min、气流速度2 m/s、填料孔隙率0.5时,能使径向速度保持最好的均匀性分布,同时影响RPB截面径向气流速度均匀性按显著程度依次为填料孔隙率〉气体进口速度〉填料转速。     

底入式搅拌器流场的影响因素研究

通过对硫铵结晶底入式搅拌器流场的CFD数值模拟,分析了搅拌转速、搅拌桨半径对高效轴流式搅拌器流场的影响。研究表明,搅拌转速对搅拌釜内流场的分布形式影响较小,随着转速的增加,流量和功率随之增加,近似呈线性规律分布,搅拌器内流体具有较好的循环性能;随着搅拌半径的增大,搅拌器内速度分布逐渐均匀,搅拌桨对流体的剪切性能较好。     

动-静填料旋转床内部气相流场CFD模拟研究

通过对动-静填料旋转床进行简化,建立了二维物理模型,采用计算流体力学软件Fluent中多孔介质模型对旋转填料床内部流场进行了模拟研究。通过对旋转填料床进口结构形式、填料层厚度、动填料转速及进气速度对气相压降和速度分布影响的模拟研究,得出切向进口旋转填料床内气体分布更均匀;保持填料外径不变,增大填料层厚度,气相压降随之降低;气相压降随动填料转速和进气速度的增加而增大,这与常规的整体填料旋转床保持一致。     

折流式旋转床气相流动的CFD模拟

采用计算流体力学(CFD)方法对折流式旋转床气相流场和压力分布进行了模拟,研究了折流式旋转床转速、进气量对转子外侧和内侧气相流场的影响,并用实验数据对模型进行了验证.结果表明,模拟结果与实验数据相对误差在9%以内;气体由转子外侧进入转子内时,流速明显改变,切向速度占总速度的76.1%~99.9%,轴向速度和径向速度均较小.随气体流量和转速增大,切向速度明显增大.气体流出转子内侧时,动圈附近存在一个最低压力和一个最高压力,产生了逆时针旋转和顺时针旋转2个漩涡.两漩涡交界处气体流动较剧烈,靠近转轴处气体存在回流,但速度较小.     

立式循环撞击流反应器不同撞击间距下混合性能分析

为优化和改进立式循环撞击流反应器的结构布局,提高其混合性能,本文采用Fluent软件对立式循环撞击流反应器在导流筒不同间距结构下的流场进行数值模拟,反应器上下两导流筒的间距D设置为60 mm、80 mm、100 mm、120 mm,反应在3组转速下分别进行w=5 r/s、15 r/s、25 r/s。计算结果表明：在相同转速下,导流筒间距D=80 mm时的特征撞击面上的平均速度最大,说明该结构下对应的传质效果更好;在相同转速下,导流筒间距D=60 mm时撞击面径向速度分布的均方根差σ最大,表明该结构下速度分布的梯度最大,流场剪切混合效果更好。     

薄膜生产线热风系统的数值模拟

热风系统给风场的稳定性和均匀性对薄膜生产造成关键影响。为了研究现有薄膜热风系统中的空气流动情况,本文采用数值模拟的方法,在常温常压环境和风机转速为1 600 r/min条件下,计算得到了系统组件在工作过程中的风速和风压的流场情况,并做了分析。研究结果表明:气流在风箱中运动带有较强烈的湍动,并在风箱尽头的壁面产生了回旋,中间气垫层的速度分布并不均匀,气垫层的速度偏差最大达到了5.8m/s,中间气垫层的压力分布也不均匀,距离进风端越远压力越大,气垫层的压力最大偏差达到37 Pa,斜向孔以及风箱之间的间隔对气垫层的速度和压力分布有一定影响。     

HDPE微注射成型过程非等温动态结晶模拟

采用布拉本德实验仪模拟微注射成型过程,研究结晶型聚合物微注射成型过程的剪切诱导结晶。结果表明,其他工艺参数不变时,当班伯里转子转速从40r／min增加到80r／min,试样的结晶度从74．43％增大到84．36％,结晶度随着剪切速率的增加而增大,剪切速率促进剪切诱导结晶的形成;当熔体初始温度从145℃升至185℃时,试样结晶度从74．96%增大到79．43％,结晶度随着熔体初始温度的上升而增大;当剪切时间从10min增加到20min时,试样结晶度从77．48％增大到80．17％,结晶度随着剪切时间的增加而增大,剪切作用可以促进结晶。比较动态与静态DSC的实验结果,动态结晶度（79．43％）高于静态结晶度（77．48％）。在同样的热历史影响下,剪切等外力场作用会促进HDPE的结晶过程。将上述结晶过程的研究结果应用于微注射成型生产实际,可从结晶度的角度来优化微注射成型熔体温度、注射压力和注射速率等工艺参数,提高成型零件的质量。     

螺杆机头内分配螺杆转速对流场的影响

采用ANSYS软件和三维有限元法对螺杆分配机头流道内的压力场和速度场进行三维模拟分析。结果表明，分配螺杆转速越高，其入口和末端的压力越大，且增大分配螺杆转速有助于机头内压力分布均匀，同时挤出速度也随着螺杆转速的增大而增大。     

基于SSG模型的旋转流场特性分析

以磁力搅拌器旋转产生的旋转流场为研究对象，运用雷诺应力输运模型——SSG模型对流场分布特性进行数值模拟。借助PIV、HSV技术对旋转流场切向速度和轴心气核形态开展研究。得出不同转速条件下旋转流场的切向速度和气核形态分布规律。将数值模拟结果与实验结果进行对比，结果表明：当磁性转子转速为900 r/min时，中心处切向速度为0.161 m/s，边壁流体切向速度为0.028 m/s，随着转子转速增加至2 100 r/min时，中心处切向速度为0.477 m/s，边壁流体切向速度为0.043 m/s，切向速度实验值和数值模拟值最大偏差为4.7%，数值上呈现出了较好的一致性。将数值模拟得出的不同转速条件下的气核分布形态与HSV实验所得结果进行对比，得出当磁性转子转速为900 r/min时，气核深度最大差值是2 mm，偏差为4.2%；转速为1 440 r/min时，最小差值为0.3 mm，偏差为0.5%，具有较好的一致性。     

微型多进口旋流器内气流形态的数值模拟

为探究不同进口个数的结构设计对微型旋流反应器气相流场的影响,文中采用雷诺应力(RSM)湍流模型,对进口速度分别为10,20和50 m/s时的单进口、双进口和四进口微型旋流反应器气相流场进行数值模拟。基于模型有效性验证的数值结果表明:进口个数会影响流场对称性和截面速度分布。多进口旋流反应器的切向流场轴对称性较好,在各截面上最大切向速率较大。多进口旋流反应器的轴向速度则随着截面高度的增大明显减小,而单进口旋流反应器截面轴向速度变化并不明显。多进口旋流反应器之间的流场基本相似。进口速度的增大则会使旋流反应器截面上的切向速度和轴向速度相应增大,另外进口速度并不影响截面最大切向速度的径向位置。     

转鼓式生物反应器中液相体系的流动性能

采用粒子示踪测速法在18 L转鼓式生物反应器中考察了转速和挡板数、挡板类型和粘度对转鼓流场的影响. 结果表明,在低粘的自来水介质中,转速为4~12 r/min时,Y向平均分速度由0.029 m/s增加到0.053和0.064 m/s时,挡板重力提升能力不断增强,提高转鼓转速可促进全局混合. 直挡板数由4增加到8时,挡板提升能力增强32.5%,且能获得更均匀的流场分布;与自来水体系相比,高粘度8 g/L黄原胶溶液体系中流场分布更均匀,剪切更温和.     

基于能量最小多尺度曳力模型的搅拌槽内气液两相流计算液体力学模拟及实验研究

采用双电导探针和欧拉-欧拉双流体模型对涡轮桨搅拌槽内局部气液分散特性分别进行了实验和三维计算流体力学(CFD)数值模拟研究。重点研究了转速对搅拌槽上下循环区局部气含率分布、全槽液相流场和湍动动能的影响。实验表明,转速对上循环区气含率分布的影响大于下循环区,且上循环区气含率随转速的增大而增大。CFD模拟比较了TOMIYAMA曳力模型和基于能量最小多尺度理论(EMMS)的DBS-Local曳力模型对局部气含率的预测结果。结果显示DBS-Local曳力模型能够较好地预测出不同搅拌转速下搅拌槽循环区气含率径向分布;TOMIYAMA曳力模型只能定量预测出低搅拌转速下(140r/min,280r/min)循环区的气含率分布,高转速下(420r/min,560r/min)该曳力模型不能模拟出下循环区壁面附近的气体,且低估了上循环区气含率。     

多进口旋流器流场特征及分离性能

为了改善单进口旋流器稳定性差、分级效率低等问题,本文提出了多进口旋流器结构。通过数值模拟方法,在恒定入料工况下,对比分析了单、二、三、四进口旋流器的流场特征和分离性能。研究结果表明：增加旋流器进口数量,会对旋流器流场和分离性能产生积极影响,有利于旋流流场径向压力的增大,且进口数量为偶数时,流场径向静压力增强效果更好;旋流器柱段区域流场切向速度增大,有利于强化旋流器分离能力。同时使用Mixture耦合RSM模型预测了离散相CaCO₃颗粒的分离效率,结果表明多进口旋流器可以在低速度入口条件下完成离散相的高精度分离。入料速度为3m/s的工况条件下,多进口旋流器分离50μm、57.5μm颗粒的底流分配率较单进口旋流器分别提升了10.60%、5.59%,对抑制旋流器溢流产品错配率和提高分级精度有积极的影响。因此,增加旋流器进口数量,可以有效提升旋流分级效率和分离精度。