微纳层叠聚丙烯腈凝胶流动特性的数值模拟研究

建立了层叠流道的三维模型和有限元网格模型，根据流变测试数据，采用Polymat对物料的黏度模型参数进行拟合，并利用Polyflow软件对聚丙烯腈（PAN）凝胶在层叠流道内的三维等温流动过程进行了数值模拟分析。研究发现，当入口流量增大时，层叠流道出口速度的不均匀性增加；沿流动方向流道内压力逐渐降低，并在出口处降低至同一最低值；流道进出口压力差与入口流量大小具有正相关性；在流道的中心截面上剪切速率分布均匀，波动较小。     

上、下进气流量对垂直对撞腔内部流场影响的研究

采用自行编写的三维流场计算程序，分别计算了进气总量不变，但上、下进气流量之比不同时，垂直对撞腔内的气流流场，得出了速度、温度和相对湿度等的分布图。计算表明，下进气量的增加，致使对撞面上路．极大的改变了整个腔体内的速度、温度和相对湿度等的分布，进而必将对物料的对撞流干燥产生较大影响。     

聚氨酯低压混合器内流场的数值模拟

利用计算流体力学软件Fluent,对聚氨酯无卤阻燃墙体保温材料生产线上低压混合器内流场进行三维数值模拟,分析了混合器内流体的速度场、温度场、压力场分布。计算结果表明,混合器内混合段流体速度出现明显波动,有利于物料的混合。物料黏度不变时,随着转速增大混合区域不断减小;转速不变时,随着物料黏度增大混合位置区域不断增大。通过对温度场、速度场的分析,表明搅拌混合效果良好。     

聚氨酯低压混合器内液固两相流数值模拟

为了探究颗粒粒径、颗粒体积分数、流体黏度、混合头转速对混合器内液固两相流流场的影响以及对叶片尖端所受压力进行预测,运用计算流体力学(CFD)软件Fluent,对聚氨酯低压混合器内液固两相流进行三维数值模拟。结果表明,随着颗粒粒径、颗粒浓度、流体黏度的增加,混合头周向叶片间出现颗粒低速区,其范围不断扩大,不利于物料的混合,而提高转速并不能有效地消除颗粒低速区。混合头结构模拟的计算结果表明,优化过的混合头有效地消除了颗粒低速区,能够实现混合器内物料的充分混合。对叶片尖端所受压力进行拟合,得到不同工况下混合头叶片尖端处所受压力的预测公式,为混合头的冲蚀磨损及新型混合头的设计与研究提供参考。     

层叠流道中天然高分子挤压流动过程的数值模拟

为探究层叠流道中天然高分子材料挤压流动过程与混合特性，建立层叠流道的三维物理模型和有限元网格模型，利用POLYFLOW软件计算了食品熔体在不同的入口流量，挤压过程中的压力、速度、剪切速率分布。结果表明，压力沿着挤出方向呈梯度递减，随着入口流量增大中间位置压力差增大；剪切速率在流道中变化明显，剪切速率从流道中间位置向四周递减，从壁面到流道内部递减；速度在流道内沿着挤出方向先增大后减小，靠近壁面速度小；层叠扭转流道的结构和尺寸设计，有助于提高天然高分子物料的混合效果，并且第1、4层流道混合效果优于第2、3层流道，提高入口流量也有利于提高物料的混合效果。     

屏蔽泵后泵腔液体流动特性数值分析

采用SST湍流模型对屏蔽泵模型进行了数值模拟,对屏蔽泵后泵腔内速度场、压力场、轴向力和叶轮后盖板摩擦损失进行了计算和分析。结果表明:在径向压差作用下,后泵腔内流体速度随半径的增加而增加,中间截面流体速度大于两侧壁面;液体压力随流量的增加而减小,大流量下压力对流量变化更为敏感;轴向力在设计流量工况下最小,各轴向力分量随流量的增加而减小;随着流量的增加,后泵腔的盖板摩擦损失先减小后增大至定值;可以通过减小后泵腔间隙等措施来减小盖板摩擦损失。     

射流位置对碳化反应器混合效果影响的数值模拟分析

为探究射流器结构参数对碳化反应器混合效果的影响，基于CFD（计算流体力学）数值模拟的方法，采用ANSYS模拟软件对比研究了制备碱式碳酸镁的新型射流碳化反应器不同射流位置对混合效果的影响规律。对室温下通入速度为2 m/s的二氧化碳气体及氢氧化镁浆料的射流反应器进行了二维瞬态模拟，并对不同射流位置下的二氧化碳和氢氧化镁浆料速度、浓度分布及反应器腔内流场分布情况进行了对比研究。模拟结果表明，射流在混合腔的速度最大，气液剧烈混合，物料由扩散腔射出后，在反应器内以低于20 m/s的速度均匀混合，在射流位置为1/2H至1/5H范围内，随着射流位置降低，速度亏损最小为1.2%，射流效果更稳定，浆料和气体混合更充分。此外，射流位置对于腔内浆料的浓度有明显影响，当射流位置为1/2H时，浆料和气体浓度比接近1∶1，物料混合效果较好。该模拟优化结果能够为碱式碳酸镁射流碳化反应器的优化设计提供理论依据。     

振动力场作用下三螺杆挤出机计量段中聚合物挤出的模拟

建立了同向旋转三螺杆挤出机计量段实际流道真实尺寸的三维非牛顿模型，利用ANSYS软件中的FLOTRAN CFD分析功能对该流场进行数值模拟，分析了振动力场作用下挤出机计量段内的黏度分布、压力分布、速度分布以及振幅对流量的影响，同时与无振动状态的挤出特性进行了比较。研究结果表明：振动力场的引入使熔体黏度和流量呈周期性变化，熔体黏度降低，螺棱两侧压差随振幅增大而增大，剪切作用增强，分散性混合能力和分布性混合能力提高。     

不同角度内模填充衣架型机头的数值模拟

利用Polyflow软件对填充了不同角度内模的衣架型机头流道进行了模拟。研究了不同内模夹角对流道压力分布、出口压力、出口速度以及流道内流体停留时间的影响。结果表明:不同角度内模填充机头流道后,流道压力分布、出口压力和出口速度无明显改变;流道内物料主要停留在歧管端部;通过改变内模夹角,可以改变物料最大停留时间及停留面积,内模夹角为40°时,流道内最大停留时间短,物料停留少。     

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.     

物性参数对三层共挤出机头流道流场的影响

以PP/RPP/PP三层共挤出板材为例,采用有限元方法对非牛顿流体在共挤出流道内的等温流动过程进行了三维数值模拟。重点分析了三层复合共挤出板材机头流道中每层物料黏度比和松弛时间比对出口界面位置偏移的影响。数值模拟分析结果表明:随着物料黏度比的增大,出口界面越来越稳定。熔体层间物料黏度差异越小,界面位置越接近理想界面。随着物料松弛时间比的增大,出口界面越来越稳定;熔体层间物料松弛时间差异越小,界面位置越接近理想界面位置。     

喷射器出口结构对反应器混合特性的影响

喷射反应系统中喷射器的流体出口结构严重影响反应器内液液混合特性。为了考察喷射器出口结构对喷射反应器内部液体速度分布规律的影响,文中设计了5种出口结构的喷射器,利用粒子图像测速仪(PIV)对喷射反应器内部流场进行了测量;利用摄像法和数字图像处理技术记录和分析正己烷与水的混合过程,得到反应器内液液混合体系在不同喷射器和不同循环流量下的灰度变化曲线。由结果可知:在正己烷-水液液体系混合过程中,反应器内的液液混合时间、混合均匀程度和混合死区的位置均与喷射器出口结构紧密联系。四侧开孔喷射器的混合时间比两侧开孔的减少了50%左右,2排孔喷射器流出的两股流体会发生碰撞,产生的涡量极值比单排孔增加了45%,较有利于液液混合。另外,当实验中循环流量达到一定值之后,它对反应器的液液混合性能影响将不再明显。     

不同出入口条件下气液喷射器喷射性能的数值模拟

针对气液喷射器传统二维几何模型和模拟中未考虑温度导致气液相变的不足,建立三维几何模型,导入考虑时间、温度影响的气液相变UDF程序,用CFD软件模拟气液喷射器喷射性能.40000 s条件下有相变的模拟结果与实际情况符合较好.改变气液喷射器出入口气液相的速度和压力条件,得到气液喷射器轴线速度、压力、温度、引射比及气液相体积分数等参数.结果表明,随液化天然气(LNG)入口速度增加,气液喷射器引射比增大,合理的LNG入口速度能使喷射器内各相体积分数及引射比趋于稳定,有利于喷射器正常喷射;随混合出口压力增加,引射比减小,LNG体积分数增大,过大的出口压力会导致气液喷射器内喷射偏斜、扩散室出口气相闪蒸汽(BOG)液化现象,不利于喷射器正常喷射.液相入口速度11~12 m/s、混合出口压力0.101~0.304 MPa时,气液喷射器喷射性能最优.     

纤维素助滤剂的预敷过滤性能

对高黏度物料加入纤维素助滤剂的预敷过滤性能进行了研究,说明不同的预敷条件对预敷层的过滤性能会有很大影响。通过改变预敷压力和浓度,对纤维素滤饼层的过滤比阻、可压缩性系数和孔隙率进行了研究。实验表明,纤维素预敷层的比阻随压力增加而增加,随浓度增加而减小;孔隙率随压力增加而减小,随浓度增加而增加;可压缩性系数随浓度增加而增加。纤维素助滤剂为中等可压缩性物料,孔隙率大。研究结果可为高黏度物料用纤维素预敷过滤的工程应用提供参考。     

连续高速分散混合器内的流体力学性能-II. 数值模拟

采用计算流体力学(CFD)方法研究连续高速分散混合器(CRS)的流体力学特性. 采用FLUENT 6.2软件，选用标准k-e模型和滑移网格(SM)法，对CRS进行三维流动场的数值模拟. 功率消耗的预测值与实验结果吻合良好，随雷诺数的增大功率准数NP基本不变，其模拟值为5.99，与实验的误差为13.7%. 在中小流量下，水力学性能的模拟值与实验值吻合较好，但较高流量下由于液沫夹带而无法准确预测. 模拟结果表明，CRS的最大泵送效率仅为13%，其功率消耗主要用于物料高效剪切混合；混合腔内的宏观流动场、剪切速率及湍流耗散率均呈非对称分布；对应转子不同的几何位置，定子槽内产生流型不同的漩涡，模拟结果与文献数据相吻合. 研究结果可为工业CRS的优化设计提供参考.     

螺旋盘管反应器内黏性流体微观混合性能研究

螺旋盘管反应器无内插件及扰流部件,通过流体流动过程产生的二次流来提高微观混合效果,比较适合于黏性流体混合过程。今采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系为工作体系,以甘油调节体系黏度,对螺旋盘管反应器内黏性体系的微观混合性能进行研究。考察了物料体积流量、H+浓度、体积比、体系黏度、盘管内径对微观混合性能的影响,并与内径及有效长度相同直管的微观混合性能进行对比研究。结果表明,在实验研究范围内,提高物料体积流量可以增强混合效果,随H+浓度增加,离集指数显著增大。反应物摩尔比相同的前提下,微观混合性能随体积比增加而变差。随体系黏度增大,微观混合性能降低。减小螺旋盘管内径,微观混合性能提高,与直管相比,螺旋盘管反应器微观混合效果明显增强。     

撞击流混合器的出口位置对其混合性能的影响

利用CFD方法模拟了冷、热水在两组同轴相向撞击流混合器中对撞混合的过程。并通过对混合器内速度、压强和温度场的分析,探讨了出口布局对其内流场的影响。结果表明,撞击流混合器内速度、压强和温度场均呈极不均匀的特点;出口位置的上、下改变对混合器内的压强分布影响显著,出口在上时对混合器和输液泵的密封性能要求以及对输液泵功率的要求均高于出口在下时的;两组同轴相向撞击流混合器的混合效果和效率俱佳。     

同轴相向撞击流混合器的动态特性分析

根据同轴相向撞击流混合器的混合特点,建立了冷、热水在该混合器对撞混合过程中混合器出口温度的计算模型,计算了出口温度随冷、热水入口温度的阶跃而变化的动态过程,并考察了冷、热水进口流量和混合器容积对这一动态过程的影响。结果表明,混合器出口温度的动态过程是无振荡的渐趋过程,其调整时间随着进口流量和混合器体积的增加而显著增加。     

转子相对旋转方向对双转子混合器混合性能的影响

在双转子混合器内将聚丙烯/红色色母粒进行共混,并利用数字图像处理方法计算共混物中红色度分布的均匀性,用以表征混合器的混合性能。分析了不同转子相对旋转方向下混合器内示踪粒子运动轨迹和物料的速度场分布。从示踪粒子轨迹角度揭示了粒子在混炼腔内不同的运动形式;从速度场分布角度揭示了不同转子相对旋转方向下混合器的混炼机理。研究发现两转子同向旋转模式下,由速度场分布引起的持续沿混炼腔轮廓交换形""运动更有利于促进混合器左右两腔中物料的相互交换,提高混合器的混合性能。     

跳汰机供水均匀性的数值模拟研究

为提高跳汰机选煤时供水的均匀性,利用计算流体力学软件对跳汰机筛下水管各出口流量随入水压力的变化进行研究;结果表明:跳汰机供水管各出口开孔面积相同、进水压力一定时各出口流量并不均匀,流量差值随着进水压力的增加而增加,这对跳汰机均匀给水是不利的;在相同入水压力下,跳汰机供水管出口位置距离入水口越远,出口处的流量越大;跳汰机供水管各相邻出口之间流量的比值不随进水压力增加而改变。