行星-单螺杆一体化挤出机流场数值模拟及单螺杆参数对流场的影响(Ⅰ)

根据计算流体动力学(CFD)理论,采用Polyflow软件对行星-单螺杆一体化挤出机的流场进行了数值模拟。通过综合运用正交试验法与单因素分析法(见"行星-单螺杆一体化挤出机流场数值模拟及单螺杆参数对流场的影响(II)"),重点分析了螺杆直径、导程、螺纹断面形状、锥度角等单螺杆结构参数对行星-单螺杆一体化挤出机建压能力的影响。该研究对行星-单螺杆一体化挤出机的设计开发和挤出工艺的优化具有一定指导意义。     

组合式行星挤出机流场的有限元数值模拟

运用计算流体动力学软件,对组合式行星挤出机内的流场进行了三维等温数值模拟。参照模拟结果,探讨了组合式行星挤出机内的压力场、速度场、局部剪切速率等特性,其中着重分析了组合式行星挤出机各段的建压能力。其分析结果对组合式行星挤出机的结构优化有一定的指导作用。     

销钉机筒挤出机内流场的数值模拟

应用FLUENT软件,经过简化及边界处理,分别研究了Φ90普通挤出机和销钉机筒挤出机在不同转速、不同销钉布置、不同反向压差条件下胶料的流动行为。其研究结果可以用来指导销钉机筒挤出机的销钉布置设计及操作参数选取。     

导向管喷动床内单相流场及声波对流场影响的数值模拟

为阐明超细粉在声场导向管喷动流化床内的流化机理,并为进一步优化和完善床层结构及操作条件提供基础,采用标准k-ε湍流模型计算了导向管喷动流化床内的单相气体流场,考察了进口流化气速和射流气速对气体流动规律的影响,以及声场对导向管喷动流化床内气体轴向速度分布及其脉动均方根的影响。结果表明:在高速射流条件下,导向管喷动流化床内气体呈内循环流动,气体循环流量随流化气速度的增加而减小,但随射流气速度的增加而增加;外加声场使环隙区和喷泉区的气体流动更加均匀,显著增加环隙区和喷泉区气流的湍动程度,且湍动程度随声压级的增大而显著增大,随声波频率的升高而小幅度降低。     

旋涡鼓风机几何参数对其性能的影响

旋涡鼓风机得到越来越广泛的应用。结合新产品开发 ,应用 CFD技术对旋涡鼓风机内部的三维流场进行模拟 ,探讨了几种鼓风机几何参数对其性能的影响。     

搅拌槽内湍流流场的数值模拟

搅拌槽在过程工业中的应用非常广泛,对搅拌槽内流场的研究具有十分重要的意义。实验研究方法具有局限性,基于计算流体动力学的数值模拟方法是研究流场的重要方法。文中介绍了搅拌流场的数值模拟方法和湍流模型,分析了各自的特点及其应用情况,总结了搅拌模拟时边界条件的处理情况,并指出了未来的发展方向。     

搅拌槽内单相湍流流场数值模拟研究进展

搅拌槽内的流场是决定混合、传热及传质等操作的基础,对流场的研究具有十分重要的意义,计算流体动力学是研究流场的重要方法。本文回顾了搅拌数值模型的发展历程,阐述了三十年来各种搅拌流场数值模拟方法的特点及其应用情况,对比分析了各种湍流模型的优缺点,并展望了未来搅拌槽内单相湍流模型的发展方向。     

搅拌槽内液-固两相体系的数值研究(Ⅰ)流场的数值模拟

Three-dimensional solid-liquid flow is mathematically formulated by means of the “two-fluid” approach and the two-phase k-ε-Ap turbulence model. The turbulent fluctuation correlations appearing in the Reynolds time averaged governing equations are fully incorporated. The solid-liquid flow field and solid concentration distribution in baffled stirred tanks with a standard Rushton impeller are numerically simulated using an improved “inner-outer” iterative procedure. The flow pattern is identified via the velocity vector plots and a recirculation loop with higher solid concentration is observed in the central vicinity beneath the impeller. Comparison of the simulation with experimental data on the mean velocities and the turbulence quantities of the solid phase is made and quite reasonable agreement is obtained except for the impeller swept volume. The counterpart of liquid phase is presented as well. The predicted solid concentration distribution for three experimental cases with the average solid concentration up to 20% is also found to agree reasonably with the experimental results published in the literature.     

搅拌器内部流场数值模拟

搅拌操作是工业反应过程中的重要环节,搅拌混合设备在化学工业中担当着非常重要的角色,优化搅拌设备,提高其自动化、智能化水平对于保证搅拌质量、提高搅拌效率有着重要的现实意义。笔者以十字搅拌器和圆角十字搅拌器为研究对象,采用FLUENT软件对搅拌器进行数值模拟研究,分析其内部流场的流动变化情况。结果如下:(1)十字搅拌器的搅拌非常不均匀,速度变化很大,这对流体搅拌是非常不利的;(2)随着圆角半径增大,搅拌速度减小;(3)当圆角半径增大时,搅拌趋向均匀。     

制备再生橡胶的单螺杆挤出机喂料段流场分析及结构参数优化

利用有限元分析软件Fluent分析制备再生橡胶的单螺杆挤出机喂料段螺槽深度（H）、螺杆导程（S）和螺棱宽度（e）对物料输送效率的影响。通过正交试验和单因素试验,优化设计出单螺杆挤出机喂料段的H为27 mm,S为170 mm,e为9.0 mm,优化设计后的单螺杆挤出机喂料段物料流动速度加快,输送效率提高。该研究结果可以用来指导制备再生橡胶的单螺杆挤出机喂料段设计。     

陶瓷膜过滤器管束末端板开孔数量对流场影响的数值模拟

使用Fluent软件,模拟陶瓷膜管管束末端板上是否开孔以及开孔数量对膜过滤器内流场的影响。结果表明：膜管管束末端板上开孔可以增加流体流动空间,使末端板上、下表面处的流动死区减小,流体流速更加均匀;随着开孔数量的增加,流体位于末端板周围的最大流动速度得到有效降低,膜过滤器进、出口压降降低,膜过滤器内部流场的流动阻力减小,当开孔数量为12个时,膜过滤器内的流动效果最佳。     

新型静态混合器的三维流场数值模拟

利用专业的计算流体力学(CFD)软件FLUENT的对具有两块稀释孔板的新型静态混合器内的三维可压缩湍流流场进行数值模拟.采用标准,κ-ε双方程湍流模型,得到混合器内流场、湍动能、压降及混合浓度场的变化等.通过计算压力降可满足工艺要求,混合相对均匀.     

气-液旋流分离器流场数值模拟研究

为研究旋流分离器内部气体和液滴的运动情况和分离机理,用流体动力学软件Fluent对旋流分离器内部流场和液滴的运动状况进行了数值模拟研究,在模拟过程中,采用k-epsilon(2 eqn)方程来模拟气相旋流流动,采用Lagrange方法模拟液滴运动。模拟结果表明,旋流分离器内部流场呈旋转分布,分为内、外两个流场,在不同流动区域,气体压力场、速度场分布成规则变化;液滴的运动较为复杂,带有随机性;总体运动轨迹的形状与气相流场的分布趋于一致。     

数值模拟研究螺筒结构对单螺杆挤出机性能的影响

通过数值模拟研究了机筒内壁开螺槽的螺筒结构对单螺杆挤出机性能的影响。采用POLYFLOW软件模拟了硬质聚氯乙烯(PVC-R)熔体在单螺杆螺筒挤出机以及传统单螺杆挤出机中的三维等温流场及混合过程,并对二者的混合挤出性能进行了比较。结果表明:机筒内壁为螺旋沟槽结构的单螺杆螺筒挤出机,其混合性能相对于传统单螺杆挤出机有所提高。     

直通单座控制阀流场的数值模拟与结构改进

应用SOLIDWORKS和CFD软件,对直通单座控制阀建立了3D流道模型,并对控制阀在相同压差不同开度的内部三维粘性流场进行了数值模拟,分析了流量系数与阀门开度的关系,并与文献进行了比较,验证了文中所建的模型和方法的可靠性。并且根据不同开度下控制阀内部流场的压力和速度云图、速度等值线图和矢量图等可视化图形,对流场进行了分析。对控制阀内能量损失严重的部位进行流道优化改进和模拟,并与改进前的流道进行了比较,为控制阀优化设计提供了依据。     

翅片管式换热器传热与流场流动特性的数值模拟

在对大型翅片管式换热器结构合理简化的基础上,应用CFD和数值传热学方法,建立了翅片管式换热器内部流动与传热的数学模型,得到了其内部流场和温度场的分布规律。并将数值模拟结果与现场应用数据比对分析,结果表明,研究方法可行,能为换热器的设计和改进提供参考和借鉴。     

磨料水射流喷嘴的流场数值模拟

运用fluent软件对磨料水射流喷嘴的流场进行了数值模拟.采用κ-ε和RNGκ-ε两种湍流模型进行模拟并把计算结果与实验数据进行对比,结果表明RNGκ-ε模型更适合高压水射流,磨料水射流最佳的切割距离在2.0～4.0倍喷嘴出口直径范围内.在不同锥角下对喷嘴流场进行分析,结果表明锥角越小,流动越稳定,紊流耗散越少,有利于减少喷嘴磨损.     

采用常规条形流场的质子交换膜燃料电池阴极数值模拟(Ⅱ)电池性能影响因素的分析

利用已建立的数学模型考察了阴极扩散特性参数、阴极流场几何参数、电极电阻、催化剂活性、流道上O₂浓度变化对H₂-Air PEMFCs性能的影响.计算表明,增大氧有效扩散系数、减小扩散层厚度可增大电池的工作电流密度;提高氧还原反应交换电流密度、减小电极电阻、优化流道尺寸可改善电池性能;沿反应气体流动方向逐渐增加MEA的催化剂负载量可提高电流密度分布的均匀性.     

旋风除尘器环形空间流场的数值研究

运用计算流体力学软件FLUENT,对旋风除尘器内部流场进行了数值模拟,利用模拟结果对旋风除尘器入口不同位置气流在除尘器顶部的环形空间的轨迹进行了分析研究,探明了气流在环形空间的运动规律和基本特征,阐明了旋风除尘器顶部"尘环"形成的根本原因,指出了粉尘发生短路的原因和多发区域并在此基础上就除尘器的增效问题给出了改进方案。     

圆盘反应器流场数值模拟

以圆盘反应器的开发和应用为背景,根据反应器内气液两相的流动特点和接触方式,采用流体体积函数(VOF)模型研究圆盘表面液膜厚度、速度分布和槽内液相流型,得到反应器的流场特性。从轴功率、持液量两方面对反应器性能进行研究,并考察了流场和性能的关系。结果表明,圆盘表面液膜分为起始区、加速区和匀速区。起始区液膜厚,速度慢,部分液体回流;加速区液膜变薄,加速,表面更新快;匀速区膜厚和速度变化较小。液相主体以Stewartson流型为主,盘间距对液相流型影响明显。圆盘液膜与槽内液相通过垂直涡进行物质传递,当圆盘间距与圆盘直径之比(L/D)为0.2~0.4时,最有利于两者混合和物质传递。将数值模拟和量纲分析结合,得到功率数(NP)和平均膜厚表达式,并与文献进行比较,表明计算流体力学(CFD)方法能够较好的模拟圆盘反应器内流体力学特性,预测流场和性能。