小型反应釜单、双层搅拌桨流场数值模拟比较

小型搅拌釜是实验室常用反应设备.采用CFD数值模拟的方式,采用SST湍流模型,采用多重参考系法分别对单层和双层搅拌桨小型搅拌釜的流场进行模拟,比较两种搅拌桨模型的桨叶区速度场、湍流强度分布以及线速度分布等预测结果,筛选适合小型反应釜的搅拌桨设计.     

基于CFD流场模拟的反应釜结构设计

反应釜是制药化工产品生产的主要设备之一,常以搅拌的形式出现。本文研究了搅拌器相关设计参数对反应釜内流场的影响,并以此为依据改进反应釜结构。首先通过工程设计方法得到小型制药搅拌釜的初始设计方案,利用CFD技术对搅拌釜内的流场进行数值模拟研究,所得结果与文献中的结果基本一致。然后调整反应釜搅拌器的安装高度与搅拌转速等设计参数,与初始设计方案进行模拟结果对比分析,根据混合效果与驱动输入功率等设计要求,修改设计参数得到更优的设计方案。     

搪玻璃反应釜流场特征的数值模拟

为了研究化工行业中常用的搪玻璃反应釜内的流场特征,用UG(Unigraphics)建立实际搅拌釜的三维简化模型,然后导入Gambit中进行网格划分,最后应用Fluent数值模拟,得到了不同转速、流体介质和搅拌形式下反应釜的流场特征并进行对比分析。结果表明:转速改变,流体的速度和压力分布情况相同,仅仅是数值上有所改变,转速的增加使得搪玻璃温度计套表面所受压力增加;不同流体介质下,流体的流场有所差别,粘性较大的流体介质流场速度扩散相对要差,搪玻璃温度计套所受压力较小;对比3种不同搅拌形式(桨式、叶轮式和框式)下的流场发现,叶轮式搅拌器比桨式的流体速度扩散要好,框式搅拌器的流体速度分布最均匀,但是框式搅拌釜流场中搪玻璃温度计套所受压力也最大。     

基于RSM和LES湍流模型的旋流分离器流场数值模拟

采用三维结构网格,分别用雷诺应力模型和大涡模拟对旋流分离器内流场进行数值模拟,得到不同截面上速度、湍流强度和涡量的分布规律,并将速度模拟结果与LDV测试结果进行对比,结果表明,大涡模拟结果更接近LDV测量值,更适合旋流分离器内流场的数值模拟。     

RSM与LES模拟旋风分离器流场动态特性的对比分析

为评价雷诺应力模型(RSM)与大涡模拟(LES)两种方法计算旋风分离器动态流场的精度,利用FLUENT14对旋风分离器内气相动态流场特性进行数值模拟及分析,考察了两种方法计算得到的瞬时切向速度分布、切向速度脉动强度及切向速度频谱特性。计算结果与热线风速仪(HWA,Hot-wire anemometer)测量的切向速度数据进行无量纲对比表明,在时均切向速度上,LES的模拟结果比RSM的准确性高;在瞬时切向速度上,LES预测的瞬时切向速度可以反映旋流摆动造成的切向速度的波动特性,呈现出接近实验测量值的高频速度脉动变化;而RSM难以预测瞬时切向速度的波动变化,仅给出低频小幅值的波动。因此采用LES预测旋风分离器流场能够捕捉动态信息,揭示流场的动态特性。     

基于CFD的乙烯淤浆聚合反应釜流场模拟研究

使用CFD工具,对10万t/a规模的搅拌釜式淤浆法HDPE反应器进行流体力学的模拟研究,得到了直径4 350 mm工业规模的淤浆反应器内的流场分布情况,考察了增加淤浆外循环撤热后对釜内流场的影响情况。结果显示外循环对釜内整个流场影响不大,且能改善反应釜底部的死区。这些结果为更大规模的淤浆反应器设计提供了依据和有力支撑。     

基于CFD的丙烯淤浆聚合反应釜流场的数值模拟

基于计算流体力学(CFD)对丙烯淤浆聚合反应釜中液固两相流进行数值模拟,建立5L、无挡板、锥形釜底和四叶推进桨反应釜模型,采用多重参考系方法(MRF)、Mixture多相流模型和RNGk-?湍流模型模拟搅拌过程,通过冷模实验验证了模型的可靠性,并模拟得到了10%聚丙烯(体积分数)下釜内流体的速度场及浓度场。结果表明,釜内流体呈双循环流特征,聚丙烯浓度轴向呈中间低两头高的分布,径向随着轴向位置的上升分别呈下凸型、直线型、W型分布。在桨叶安装高度为0.56D(D为筒体部分直径)、桨叶直径为0.49D的情况下,搅拌转速在1200r/min左右时,混合效果最好;在转速为1000r/min时,桨叶安装高度为0.56D的情况下,桨叶直径在0.52D时,混合效果最好;适当降低釜内桨叶安装高度,可以在一定程度上改善釜底聚丙烯的堆积。     

旋流和旋流扩散燃烧的LES和RANS模拟

Turbulent swirling flows and methane-air swirling diffusion combustion are simulated by both large-eddy simulation (LES) using a Smagorinsky-Lilly subgrid-scale (SGS) turbulence model, a second-order moment (SOM) subgrid-scale combustion model and an eddy break up (EBU) combustion model and Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) modeling using the Reynolds stress equation model and a second-order moment (SOM) combustion model. For swirling flows, the LES statistical results give better agreement with the experimental results than the RANS modeling, indicating that the adopted subgrid-scale turbulence model is suitable for swirling flows. For swirling combustion, both the proposed SOM SGS combustion model and the RANS-SOM model give the results in good agreement with the experimental results, but the LES-EBU modeling results are not in agreement with the experimental results.     

中、小型反应釜常见的缺陷及危害

论述中、小型反应釜常见的缺陷及危害，分析产生的原因并提出改进意见。     

反应釜流动传热模拟及放大设计

建立了某实验用搅拌反应釜的三维模型,以水为介质对其进行了流动与传热特性模拟。结果显示实验所采用的双层推进式搅拌桨能够较好地作用于釜内流体,使之产生符合要求的流场,在加热过程中也能保证釜内温度分布均匀。依据相似性理论并基于尖端圆周速度恒定的放大准则对反应釜进行了工程放大设计,得到了中试用反应釜的基本设计参数,可为中试反应釜的设计、制造提供参考。     

应用SST k-ω湍流模型计算Rushton搅拌釜流场

应用SSTkω-湍流模型对Rushton搅拌釜流场进行了计算,并与文献报道实验数据以及标准k-ε模型、RNGkω-模型预测结果进行了比较。结果表明SSTkω-模型所计算的排除流量准数与实验值相差较小,桨叶区速度场与实验数据吻合较好,略优于标准k-ε模型,同时也给出了近壁区的计算结果。在湍动动能的预报上,SSTk-ω模型值与标准k-ε模型比较接近,优于RNGkε-模型,但与实验值都还不同程度地存在着一些差异。     

井下节流流场模拟

利用FLUENT软件,对节流气井井下节流流场进行了模拟。结果表明,在节流过程中,气体的压力、速度、密度等均发生了明显变化,节流后气体马赫数增大,节流后气体存在超声速,节流过程中流动状态是从亚音速一音速一超音速一亚音速变化的过程,变化过程中产生了一系列衰减的激波。     

Kenics型静态混合器和GK型静态混合器流场的数值模拟及比较

采用计算流体动力学(CFD)的方法,分别计算了Kenics型静态混合器和GK型静态混合器内的流场。数值模拟的结果表明,Kenics型静态混合器内流场的湍动强度大于GK型静态混合器的,导致了Kenics型静态混合器的流体阻力和传热系数大于GK型静态混合器的。GK型静态混合器的压力降大约只是Kenics型静态混合器压力降的0.554~0.579倍,但两者的传热膜系数相差不大。GK型静态混合器具有较强的综合性能。     

同轴异速桨在丙烯淤浆反应釜中的流场研究

针对丙烯聚合反应过程,设计了一种同轴异速桨,基于CFD对反应过程进行了数值模拟。建立12 m~3反应釜模型,采用多重参考系方法MRF、Mixture多相流模型、标准k-ε湍流模型模拟搅拌过程,获得了反应3个阶段釜内流体的速度场及浓度场。结果表明:同轴异速桨可以使釜内流体轴向和径向都有着很好的交换;其在反应的各个阶段都能使流体得到很好的混合;桨的转速对混合效果有着较大的影响,随着反应的进行,应逐渐增加折叶桨转速。     

新型折板除雾器的流场和压降数值模拟

对引入液滴辅助捕集结构前后的折板除雾器内的流场和压降进行模拟,将两相流近似为气相流动,用SST k-ω模型模拟气相流场。在2和4 m/s的进口气速下,引入捕集结构前后,最大气速分别由7.32和14.80 m/s增至8.97和18.57 m/s,而且出现位置增多。同时高速区变大、低速区变小,2 m/s进口气速时壁面附近气速由1.5 m/s增至3.5 m/s;并发现不同气速下压降随第1级、第3级高度的变化情况相似,均与第2级差异较大,上述结论均可用于实际设计工作中。     

齿轮油泵内部流场的模拟和特性分析

齿轮油泵结构简单,体积小,自吸能力强,常用于油田、港口、码头和船舶等大流量输油、卸油中。本文建立了齿轮油泵的物理模型,并采用Fluent软件,采用动网格技术对齿轮油泵进行了动态数值模拟。重点分析了齿轮油泵在齿轮旋转情况下的内部压力场和速度场的变化,为今后齿轮油泵的设计和结构优化提供很多有价值的参考数据。     

密炼机的三维流场模拟

建立同步转子和异步转子密炼机物理、数学和有限元模型，同步转子密炼机流场沿圆周取6个位置，异步转子密炼机流场沿圆周取3个位置，对密炼机流场进行有限元模拟。分析结果表明，同步转子密炼机流场在转子旋转一周内可分为两个循环，并有较多的漩涡，有利于提高胶料的分散和分布效果；异步转子密炼机流场的啮合部分有较多漩涡，在转子转过1／3周时，出现类似紊流的流动，有利于提高胶料局部分散。     

输油管道流场的仿真模拟

基于质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律,建立埋地热油管道管内原油耦合流动方程,采用控制容积法,对热油管道停输后的自然对流进行了耦合求解,得到了管内典型流动洋相与等温线的变化,并对冬季停输状态下的管内原油自然对流的形成发展进行了求解,得到了直观的变化过程。     

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。     

旋流干燥器流场模拟研究

旋流干燥器(SMTD)作为一种新型的干燥装置,其结构简单、干燥效率高、处理量大,成为气固二相流干燥研究的新方向.文中用流体力学软件Fluent对旋流干燥器内部的流场进行了数值模拟研究,采用雷诺应力模型(RSM)模拟气相流动,模拟结果表明:旋流干燥器各干燥事内气流主要做旋转运动,穿过旋流板时,主要做返混运动;切向速度分布...