Kenics混合器混合性能的模拟研究

利用Fluent有限元分析软件计算了流体流过Kenics混合器过程中的应变速率,进而分析混合元件转速与旋转式Kenics混合器混合效率的关系,以及混合元件与机筒间隙对静态和旋转式Kenics混合器对混合效率的影响。模拟分析结果表明:旋转式Kenics混合器混合效率随转速增加而提高;减小混合元件与机筒间间隙有利于增加静态Kenics混合器混合效率,但间隙的减小对旋转式Kenics混合器混合效率的影响却很小。     

3种被动式微混合器的性能对比及压损分析

通过数值模拟的方法对3种不同结构的被动式微混合器进行了研究,同时对3种被动式微混合器的混合性能进行了对比,并进一步研究了微混合器的压力损失。结果显示,内肋形微混合器在5种速度条件下的混合性能要优于其他两种微混合器,而且随着流量越来越大,其压力损失也越来越大;内肋形微混合器的压力损失最大,Z形微混合器的次之,Y形微混合器的最小。     

基于数值模拟的静态混合器混合性能对比

构建长度、直径相同的SK、SX型静态混合器,利用Polyflow软件模拟低密度聚乙烯(LDPE)熔体在静态混合器内的流动情况,得到2种静态混合器的示踪粒子分布图、压降、分离尺度等参数,分析了流量对压力和分离尺度的影响,以及分离尺度下降一半,2种静态混合器所需的压降和流程长度.结果表明,随流程长度的增大,SX型静态混合器的粒子分布更加均匀,分离尺度更小,在出口处分离尺度约为SK型的1/3;当流量增至初始值的10倍时,SK和SX型的压降分别增至原来的7.4和4.7倍,两者出口处的分离尺度分别变化了 8.3％和60％;随着混合过程的进行,分离尺度每下降1/2,所需压降及流程长度逐渐增大.     

T型微混合器内液相混合的数值模拟

T型混合器是微尺度条件下探索传递现象的理想模型,通过CFD方法对其内部流体力学性能及混合特征进行研究分析。首先,通过对不同Re数下T型微反应器内混合状态的模拟及分析,验证该方法对T型结构混合的可靠性;其次,通过对T型微反应器内流动形态的分析,发现涡结构的产生能够强化混合过程,并提出一种能产生强化混合的涡结构的新型T型反应器的设计理念;最后,对影响新型混合器的不同结构参数进行模拟并分析,得到该设计理念下的最优结构,并对该结构进行进一步分析,发现该结构能够扭曲混合界面以增大接触面积,从而强化混合效果。     

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。     

随动式动态混合器的混合性能

介绍了随动式动态混合器的结构原理,采用截面直接拍摄法在光管和随动式动态混合器中进行了甘油-水两相混合实验,获得甘油的轴向分布图。此外,采用FLUENT中的Mixture多相流模型、RNG k-ε 湍流模型进行了混合性能数值模拟研究,获得了甘油的浓度场云图及混合不均匀系数。数值模拟与实验所得甘油在光管中的流动状态具有很好地一致性,证明了模拟方法的可靠性。研究结果表明,随动式动态混合器对分散相具有“分割-分隔、扰流、摩擦-混合”的作用,模拟所得甘油沿流动方向不均匀系数的变化,表明了随动式动态混合器具有较好的混合性能。     

气-气混合器的数值模拟及优化设计研究

设计了一种体积小、压降低的新型气-气混合器,用于实现燃气与空气的均匀混合。利用Fluent数值模拟的方法研究了有导流板和无导流板两种情况下气-气混合器内的流场分布及混合效果,发现无导流板时混合器内存在一个旋涡区,混合器出口截面上的混合不均匀度S=0.053 6,空气在混合器中的总压降为960 Pa,空气与燃气进气压差为1 164 Pa;有导流板时混合器内存在两个旋涡区,混合器出口截面上的混合不均匀度S^*=0.045 4,空气在混合器中的总压降为1 109 Pa,空气与燃气进气压差为1 143 Pa。结果表明增设导流板后的气-气混合器整体压降增加约150 Pa左右,但混合效果更优,可实现均匀混合。对于有导流板的混合器结构,随着空气流量增加,压降增长十分显著,混合不均匀度随空气流量的增加而先下降后增长,燃气流量对压降及混合效果影响均不大。     

T形微混合器内的混合特性

以Villermaux-Dushman快速平行竞争反应为模型体系,研究了宽600 μm、深300 μm的T形微通道内的微观混合特性,着重考察了不同进出口结构、微通道长度、体积流量比等对微通道内流体微观混合效果的影响.实验结果表明：Péclet数在7.0×10⁶～2.0×10⁸之间,无返混;体积流量比愈小,离集指数X_s愈小,微观混合效果愈好.不同进出口结构尺寸、体积流量比对微观混合的影响取决于Reyonlds数的大小,Rec时,影响较大,且随Re增加,X_s减小,微观混合效果愈好;Re>Re_c时,X_s趋于定值,约为2.7×10^-4,接近理想微观混合效果.     

新型喷动式散料混合器混合性能的研究

本文测定了一种新型喷动式散料混合器的停留时间分布和混合度，分析了这种混合器的混合机理和气流撞击后混合度提高的主要原因，并与其他混合器的性能进行了比较。结果表明：新型喷动式混合器的混合度可以达到０．９４以上，它更适合于混合物性相差大的散料。     

T型混合器内湍流混合的多尺度模拟

建立了T型混合器内物料的宏观混合模型和微观混合模型,基于湍流k-ε模型,利用fluent6.2软件对T型混合器的宏观混合性能和微观混合性能进行了模拟研究.结果表明,T型混合器的侧管人口角度对混合性能具有重要的影响.对于宏观混合,在30°时混合效果最佳;而对于微观混合,60°时混合效果最佳.侧管人口速度与主管速度比越大,混合效果越好,达到完全混合所需要的长度越短.速度比相同时,混合效果不随绝对速度的变化而变化,达到完全混合所需要的混合长度相同.     

Kenics型静态混合器的结构优化与数值模拟

基于三维有限元数值模拟方法,对应用于高黏聚酯熔体直纺工业丝过程中熔体管道输送的Kenics型静态混合器进行结构优化;对静态混合器内示踪粒子的流动轨迹进行统计学处理,通过停留时间分布、分离尺度、面积伸展率以及时间平均效率表征流动特性与混合性能。结果表明:相比传统静态混合器,当静态混合器的元件旋转角度为120°时,静态混合器的分离尺度降低,分散混合能力增强,拉伸作用增强,混合特性提高;相同管径下元件长径比为0.75时,静态混合器的混合能力较长径比为1.00或1.25时都有明显的提高;随元件长径比增加,混合效果逐渐变差,流动方式趋近于理想平推流动。     

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。     

内置阻块型微混合器内流体混合强化的数值模拟

采用计算流体力学方法对3种内置阻块波浪形微混合器进行模拟研究,考察内置阻块尺寸、排列方式及阻块数量对流体混合的强化效果。由速度场和物质输运模型结合进行流体的混合模拟,得到流体混合快照图和流体混合速率,进一步由流体平均径向线拉伸和李雅普洛夫指数定量表征混沌混合程度。结果表明:混合器壁面波浪状V形凹槽的设计和微通道内长方块的设置产生周期性的流场,从而引发混沌流。将阻块倾斜设置或增加微通道内阻块的数量,混沌流作用增强,从而促进流体混合。最后考察了不同贝克来数Pe下流体的混合性能,发现微通道混合量纲一长度与lnPe之间呈线性关系。     

错位桨搅拌槽内污泥与固体颗粒混合过程的数值模拟

以直径1 m的搅拌槽为模型、含水率92%的污泥和粒径0.1 mm的固体颗粒为工作介质,采用Fluent软件对错位六叶螺旋桨搅拌下污泥与固体颗粒的混合过程进行数值模拟,通过与普通六叶螺旋桨对比,分析了2种桨型的浓度场分布、混合时间及单位体积混合能,并将计算的固体颗粒浓度分布与实验结果进行了比较. 结果表明,固体颗粒浓度分布计算结果和实验结果吻合较好,流动场分布对混合过程有一定影响,相同条件下错位桨搅拌的浓度场分布更快趋于稳定. 当转速N=4 r/s时,错位六叶螺旋桨的混合时间为27 s,比六叶螺旋桨的混合时间缩短9 s. 采用错位桨单位体积混合能仅为普通桨的79.6%,节能效果显著.     

旋转盘式混合器混合过程数值模拟

基于旋转盘式混合器的研制实践,采用Polyflow软件在分析其速度和剪切速率分布的基础上,研究了物料粒子的动态混合过程;并从物料停留时间和最大剪切应力分布角度分析了旋转盘式混合器的分布和分散混合性能。结果表明,旋转盘式混合器可提供强大的剪切、置换和压缩作用,随着动盘旋转体转速增加,分散混合性能增强,不利于轴向分布混合。     

微混合设备及其性能研究进展

对近年来微混合设备的加工方法、微混合方式及其在反应、分离及传热方面的应用研究进行了全面综述。分析了微混合设备具有混合效率高 ,停留时间短 ,能耗低 ,操作条件易于控制 ,设备简单 ,内在安全性能好等特点。指出微混合过程在物质的均匀混合、快速转化、物质和能量的快速传递等方面的优势明显 ,但也存在加工成本高、处理量小、同时只适用于干净体系等不足。据此 ,指明了在微混合设备和过程中要着力发展微设备的加工技术 ,开发具有高清洁能力、可处理含固体物料体系和大处理量的微混合设备     

Kenics型静态混合器性能优化的数值与应用分析

采用计算流体力学方法研究了旋流元件对静态混合器内气相流场分布和混合性能的影响.结果表明:旋流元件的加入有效降低了管路外缘处气流切向速度和径向压强分布,管内流场分布较为均匀,其中以旋流元件数N=6时最为明显;在353K的管壁加热温度下,速度均方根值再次降低,明显提高了管内气相组分的质量分数均匀性.     

不同结构静态混合器内熔体流动及混合效果的数值模拟

构建长度、直径相同,但具有不同扭曲率、分割次数的3种静态混合器,然后利用Polyflow软件模拟低密度聚乙烯(HDPE)熔体在静态混合器内的流动情况,得到熔体在静态混合器内的速度场、压力场、停留时间、分离尺度等参数,并通过分析示踪粒子在静态混合器内的分布情况,表征其混合效果.结果 表明,扭曲率大的静态混合器,压降较大、...