微波萃取器内流场的分布和改进

为了考察自行设计的微波萃取器是否符合连续生产时流体流动的要求,用激光多普勒测速仪测定了该萃取器内流体的轴向速度和切向速度,得到流体轴向速度和切向速度在内外环隙不同层数间的分布;考察了流体轴向速度在不同旋转度θ上的分布,讨论了入口流速Q的影响,并将测得的数据用Matlab软件编程绘出二维和三维图.将初步设计的微波萃取器的实验数据图与PHOENICS软件模拟的流场分布图作比较,两者吻合较好.利用PHOENICS软件对两次改进设计的微波萃取器作流场模拟和分析,得到两次改进设计对流场分布有较大影响.第2次改进设计使其内筒呈锥台,既能有效地吸收微波能,又能使流体内部形成大漩涡.     

气液混合式撞击流反应器流场特性数值模拟

撞击流反应器具有高效传质和相间强相互作用等优点,在工业上被广泛应用.基于传统撞击流反应器构建了新型二路加速管同轴对置撞击流反应器,进行了以空气为连续相、液态水为离散相的流场混合特性模拟,分析了不同气相流速下气液高速混合流动过程,研究内部流场速度、压力分布及颗粒直径与停滞时间的变化特性.结果表明,流场分布关于撞击面对称,...     

基于Fluent的硫酸钾结晶器实验验证及优化设计

为优化硫酸钾结晶器结构以获得优质硫酸钾晶体,研究了硫酸钾结晶器在搅拌桨作用下的流场分布、流体动力学性能以及混合效率,建立结晶器三维模型,应用Standard k-ε湍流模型和欧拉多相流模型进行数值仿真,揭示结晶器内三维流动形态,研究内部流体流动规律,分析其流速分布,并应用PIV测试数据和混匀时间测定验证了三维湍流数值模拟结果的准确性,最后完成工业结晶器结构优化,将搅拌桨直径由70 cm增至90 cm,高度由100 cm降至67 cm,优化后混合效率和固相颗粒均匀性得到提升。     

弯管内三维湍流场的实验研究

采用激光多普勒测速仪(简称LDV)对U型弯管流场进行了测量,得到切向速度与轴向速度的分布。进而证明了流体在弯管内流动受弯管壁的限制,被强制沿弯管作适体的圆周运动而产生惯性离心力,表现出压力不均匀分布流体的速度。轴向速度的存在也证明了在U型弯管湍流流场中,存在着较为强烈的二次流。     

90°弯管内湍流流动的数值模拟

进行了90°弯管内湍流流动的数值模拟实验。结果表明,切向速度在开始旋转阶段内侧的速度增大、压力减小,外侧速度降低、压力增大;当转过60°截面后,外侧的速度增大、压力减小,内侧速度降低、压力增大。弯管内流体旋转产生的离心力导致压力分布的变化,使得弯管内流体产生垂直于主流切向速度的轴向速度和径向速度,形成了二次流。90°弯管流场是主流切向速度与二次流的叠加,呈现出复杂的三维流动特性。     

撞击流反应器流场数值模拟及其混合性能优化

利用数值模拟方法分析多喷嘴对称撞击流反应器内部流场以优化反应器结构。研究不同喷嘴数和进料条件对撞击流反应器内速度场、湍流特性及混合效果的影响。结果表明,不同喷嘴数撞击流反应器内流速分布为双峰型,等流速工况下速度梯度随喷嘴数增加而减小,高剪切力分布范围随喷嘴数增加先增大后减小。通过分析湍流尺度分布发现小尺度涡旋主要集中在撞击区,而大尺度涡旋主要集中在发展区,且四喷嘴撞击流反应器平均剪切应力及涡旋尺寸梯度最大,四喷嘴结构更有利于增强流体湍动强度并强化混合。撞击流反应器内平均湍动能随喷嘴数增加先增大后减小,其中四喷嘴撞击流反应器内平均湍动能最大。当撞击流反应器为四喷嘴结构时,其混合效果最好,完全混合时间最短为22 s。在本研究工况内四喷嘴结构为撞击流反应器混合的最优结构。     

两组同轴相向撞击流反应器流场的仿真研究

利用Fluent软件对两组同轴相向撞击流反应器内的流场进行了模拟,研究了在不同流速下两组同轴相向撞击流反应器内的流场结构。模拟结果表明,随着进口速度的增加撞击区逐渐扩大,并使其周围形成的漩涡更加密集,涡流现象更为明显,产生了更大的速度梯度。同时,湍流强度随进口速度的增加变化明显,相对湍流强度增强,更有利于反应器内的湍动混合。     

多喷嘴对置式撞击流反应器流场的数值模拟

为探讨多股撞击流反应器内流场的特点,利用Fluent软件对两喷嘴对置式和四喷嘴对置式撞击流反应器内流场进行模拟,研究了在不同工况下这两种撞击流反应器内的流场结构,设定进口流速分别为5 m/s、10 m/s、15 m/s、20 m/s、25 m/s。模拟结果表明,进口流速由5 m/s增加到25 m/s时,反应器内流体流动的平均速度及压力波动增大为原来的4.1倍和16.2倍,其速度梯度和压力平均波幅也增大为原来的5.0倍和25.4倍。通过对两种不同结构的撞击流反应器的比较可以得到四喷嘴对置式撞击流反应器内流体流动产生的速度梯度和压力平均波幅更大,其值都约为二喷嘴对置式撞击流反应器的1.2倍,因而四喷嘴对置式撞击流反应器内剪切力场更强,脉动更强烈,更有利于反应器内的湍动混合。     

异形喷嘴撞击流混合器涡特性及混合性能数值模拟

为了研究撞击流混合器不同形状喷嘴的流场涡特性及混合效果，利用数值模拟方法对不同工况下的流场进行分析，得到不同喷嘴撞击流混合器的速度场、涡量场、涡结构以及浓度变异系数的变化规律，揭示不同形状喷嘴对撞击流混合器混合效果的影响。结果表明：喷嘴出口截面为圆形、等边三角形和正方形的撞击流混合器轴向速度为“V”形分布；喷嘴截面为圆形和正方形的撞击流混合器径向速度为“M”形分布。等边三角形截面喷嘴的撞击流混合器产生的流向涡数量多、强度大并且产生的涡旋结构的连续性更高，分布范围更广。相同工况下等边三角形截面喷嘴的撞击流混合器混合效果明显优于圆形喷嘴和正方形喷嘴混合器，最快达到混合均匀。     

对称多入口型旋风分离器的数值模拟

利用Fluent软件提供的RSM模型,使用Simplec算法,对对称多入口型旋风分离器进行数值模拟。通过模拟,分析旋风分离器内的切向速度场、轴向速度场及压力场的分布。结果表明,对称性的结构有助于对称流场的形成,从而保持流场的稳定;切向速度分布有着明显的驼峰特征,轴向速度分布分为上行流、下行流区域,压力为顺压分布。     

撞击流混合器微观混合性能的研究

撞击流混合器是一种新型的微观混合器,今研究了T型直流对撞(IS)、锥形对撞(CIS)、直流旋撞(VS)和二次旋流旋撞(TVS)四种结构的撞击流混合器的微观混合性能。然后以Villermauxu/Dushman快速平行竞争反应测定混合器的离集指数Xs,并考察了流体流速、流体流速比和混合器结构对离集指数的影响。混合器混合效果用离集指数来衡量,离集指数越小混合效果越好。结果表明:其余工艺条件相同的情况下,流体流速越大,离集指数Xs愈小;两股流体流速比越小,离集指数Xs愈小;喷嘴进口管道直径越小,离集指数Xs愈小。锥形的比直线形的、旋流比直接撞击流混合效果要好,而且旋流使物料在混合器中的停留时间延长;根据实验数据模拟计算,T形撞击流微混合器的微观混合时间在1 ms数量级;用Fluent 6.2.1商业软件模拟计算了混合器内的流场分布情况,发现模拟计算结果和实验结果基本吻合。     

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。     

浸没式撞击流反应器流场涡特性的数值研究

利用大涡模拟（LES）方法研究了撞击流反应器内流场涡特性,分析撞击区域流体流动特征。改变进口速度、喷嘴间距,讨论流场速度、涡量和平面涡能量分布规律,并分析了流场流型、涡演化过程和涡核形式。在反应器内靠近撞击驻点的涡尺寸小、脉动性高,随着撞击距离的增加,流体速度逐渐减小,涡影响范围变大。平均涡量和平均涡能量随进口速度的增加,先增加后减小。结合Q判据分析了反应器内涡的演化过程和流体流型。根据径向射流涡的演变过程,得到径向射流两侧涡演化的周期,在0.15~0.20 s之间。撞击区的涡结构主要为马蹄涡和肋状涡,在出口位置存在涡环。研究结果为深入分析撞击流反应器流体运动规律和优化反应器提供了理论参考。     

立式循环撞击流反应器三维流场的数值模拟

利用Fluent软件对立式循环撞击流反应器三堆流场进行数值模拟和分析.立式循环撞击流反应器内速度场和压力场分布关于撞击面对称,证实了驻面的存在,导流筒外侧和撞击面边缘存在死区;由于导流筒对流体引导作用,撞击区水平面x轴上速度最大的点出现在导流筒近壁面位置;定义了表征不同撞击流初始速度下混合效率无量纲系数k,且k值随撞击...     

浸没式撞击流反应器流场涡特性的数值研究

利用大涡模拟（LES）方法研究了撞击流反应器内流场涡特性,分析撞击区域流体流动特征。改变进口速度、喷嘴间距,讨论流场速度、涡量和平面涡能量分布规律,并分析了流场流型、涡演化过程和涡核形式。在反应器内靠近撞击驻点的涡尺寸小、脉动性高,随着撞击距离的增加,流体速度逐渐减小,涡影响范围变大。平均涡量和平均涡能量随进口速度的增加,先增加后减小。结合Q判据分析了反应器内涡的演化过程和流体流型。根据径向射流涡的演变过程,得到径向射流两侧涡演化的周期,在0.15~0.20 s之间。撞击区的涡结构主要为马蹄涡和肋状涡,在出口位置存在涡环。研究结果为深入分析撞击流反应器流体运动规律和优化反应器提供了理论参考。     

T型撞击流混合器内流动特性的PIV研究

采用粒子图像测速技术对入射管直径为3 mm、混合腔直径为16 mm的T型撞击流混合器内的流动特性进行了研究,考察了不同流速比和撞击轴线上方空间条件下混合腔内的速度和湍流动能分布. 结果表明,在相同入射管直径和流速下,撞击驻点位于混合腔中心处,无因次化的速度和湍流动能分布趋势基本一致. 高湍流动能区主要集中在撞击点附近区域,其无因次化数值是传统Rushton涡轮搅拌槽叶端处的3倍. 流速比对撞击驻点位置影响显著;减小撞击轴线上方空间可增加高湍流动能分布区域,利于物料混合.     

含聚质量浓度对油水旋流分离器性能的影响分析

实验测试了4种不同含聚质量浓度水溶液的流变特性,基于幂律流体的流变模式进行回归分析,得到了不同质量浓度下聚合物水溶液的黏度模型,采用该黏度模型对螺旋导流式旋流器内连续相流场的计算进行了修正,并选用离散相模型(DPM)对油滴运移轨迹进行求解。含聚质量浓度在0—1 600 mg/L范围内,对比旋流器黏度场、速度场(切向速度、轴向速度、径向速度)、压力损失和油滴运移轨迹发现:受剪切影响旋流器内连续相黏度变化较大,径向分布呈"M"形,入口处黏度最高;分离效率从93.9%下降到73.2%,切向速度均值降低,而轴向速度和径向速度均值呈现出上升趋势;随含聚质量浓度上升,在旋流腔及锥段处油滴的轴向运移多次表现出"循环流"特征,并且在通过螺旋流道出口后其合速度骤然衰减,速度大小在较低范围内高幅度波动,最终未能及时进入内旋流造成分离效率下降。     

基于阶跃射流的撞击流反应器流场动态特性分析

利用实验与数值模拟方法对动态阶跃型撞击流反应器流场特性进行研究,分析不同入口速度条件下流体流动规律、湍流特性以及能量水平。结果表明,动态阶跃型入口条件下,撞击面在两喷嘴之间周期性移动,流动参数也会发生周期性变化。随着入口平均速率的增大,驻点速度逐渐增大;随着两喷嘴入口速率差的增加,撞击面移动速度加快,撞击区流体湍流强度逐渐增加;随着入口平均速率与入口速率差的增大,XOZ平面在一个周期内的平均湍动能逐渐减小。对比动态撞击流反应器与稳态撞击流反应器内流场特性,探究动态入口条件对撞击流反应器流场特性的影响。结果表明,动态阶跃撞击流反应器湍流黏度、湍流强度和湍动能等参数均明显高于稳态撞击流反应器,撞击轴线上的湍动能梯度分布大于稳态撞击流反应器。动态入口条件下撞击流反应器流体湍动更剧烈,能量水平更高,有利于增加流场内流体扰动与促进混合。     

射流撞击过程中的高频压力脉动特性

引　言利用两束射流相互撞击或单射流撞击靶在微细颗粒制备、多相流快速微观混合及团聚颗粒单分散过程中具有特殊优点。用作预混合器或反应器 ,能够强化微细颗粒的成核与生长环境在微观尺度上的均匀性 ,尤其对于快速反应体系 ,可实现液液或液固多相流快速微观混合 ,有效控制反应过程和产物指标 .Ｍａｈａｊａｎ等[1] 利用两束撞击流实现流体的快速微观混合以合成超细微粉 ,并用萘酚与重氮苯磺酸两步反应表征两束撞击流体数十毫秒的微观混合时间 ,关联微观混合时间与射流速度的关系 ,通过控制射流的微观混合时间控制合成超细微粉的粒度分布 .…     

超宽板坯结晶器内流场和温度场的耦合数值模拟

以南钢3250超宽板坯结晶器为研究对象,基于商业软件FLUENT,建立了超宽板坯结晶器三维有限体积模型,对结晶器内钢液流动状况和传热行为进行了耦合数值模拟,研究了超宽板坯结晶器流场和温度场特征,考察了水口结构参数和结晶器宽度尺寸、水口倾角、水口插入深度、拉速、过热度及冷却强度对超宽板坯结晶器流场和温度场的影响,多组对比模拟计算结果表明,当浸入式水口出口倾角为15°,插入深度为120～150mm,拉速为1.2～1.4 m/min时,结晶器自由液面速度和湍动能分布以及注流冲击点深度均较为适宜,流场较为合理;同时结晶器内钢液的温度分布相对均匀,有利于坯壳的均匀形成.数值模拟结果可为优化南钢超宽板坯结晶器浸入式水口结构以及确定合理工艺参数提供理论依据.