涡流空气分级机内三维流场的数值模拟与测量

为了清楚地认识涡流空气分级机内部流场分布,文中利用Fluent软件建立分级机的三维模型,对其内部三维旋转流场进行了数值模拟计算,得出不同工况下分级机内部流场分布。采用激光多普勒测速仪(LDV)对转笼叶片间流场进行测量,应用测量结果来验证模拟计算结果,模拟结果与测量结果吻合。研究表明,在一定的进口风速下,当环形区靠近叶片处气流切向速度与转笼外缘切向速度相近时,存在一个临界转速使得叶片间流场最稳定,分级机分级效果最好。这为改进涡流空气分级机操作提供了理论指导。     

新型涡流分级机分级区流场特性数值模拟研究

为获取新型涡流分级机分级区流场分布情况,在分析涡流分级机空气流动特性的基础上,采用计算流体动力学软件ANSYS CFX14.5对不同转速下环形区和转笼两区域各速度与转笼转速间关系进行了模拟.通过模拟可得:转笼转速大小影响环形区速度场稳定,并将导致转笼叶片间产生惯性反旋涡现象,存在一定范围的转速可使分级区的气流场稳定,从而使分级机的分级效率提高,最后,通过物料实验表明,模拟结果与实验结果相吻合.数值模拟对选择分级机合理的操作参数控制提供了一定的理论依据.     

涡流分级机蜗壳内水平隔板对其流场的影响

为了探究蜗壳结构对涡流空气分级机流场特性的影响,文中利用Fluent软件对蜗壳内增加不同数目水平隔板的涡流空气分级机流场进行数值模拟。研究表明:蜗壳内水平隔板数目对流场速度以及环形区湍流耗散率有不同影响,存在临界隔板数使流场轴向速度分布均匀,在本文条件下的临界隔板数为3;在蜗壳中增加水平隔板可以对转笼外柱面处切向速度产生不同影响,在文中条件下增加1—3层水平隔板可以在一定程度上减小转笼切向速度与气流切向速度的差值,从而改善转笼叶片间的惯性反漩涡;随着隔板数的增加,湍流耗散率得到显著提高,物料分散性变好;涡流空气分级机的结构设计中应当考虑水平隔板对分级流场的影响。     

涡流空气分级机进口风速和转笼转速匹配研究

为寻求涡流空气分级机进口风速和转笼转速的最佳匹配,利用Fluent软件对涡流空气分级机内部流场进行模拟分析,得出:当进口风速与转笼外缘的切向线速度相等或相近时流场最稳定。在流场较稳定的前提下,较高进口风速和转笼转速时,环形区湍流耗散率更大,更有利于物料的分散及分级。碳酸钙物料实验表明:转笼转速分别为800 r/min和1 200 r/min时,取进口风速分别为9 m/s和12 m/s,分级精度和牛顿分级效率都较高。其中进口风速为12 m/s,转笼转速为1 200 r/min时,分级精度和牛顿分级效率最优。该结论为利用涡流空气分级机进行分级合理调节进口风速和转笼转速提供理论依据。     

导风叶片对涡流空气分级机内流场的影响

利用ANSYS-Fluent 17.0软件对有、无导风叶片两种结构的涡流空气分级机内流场进行数值模拟和对比分析,研究了导风叶片对涡流空气分级机内流场的影响。数值模拟结果表明：导风叶片降低了转笼外缘处气流切向速度,从而影响转笼通道内旋涡的分布情况,使有、无导风叶片两种结构的稳定工况不同;导风叶片减小了转笼外缘处气流径向速度的波动和湍流耗散率,此处流场分布相对均匀,有利于提高分级精度;此外,导风叶片在导流过程中,改变了环形区速度场的分布,气流切向速度减小,径向速度增大,径向速度的增大使其分级粒径增大。碳酸钙物料分级实验结果表明：具有导风叶片结构的涡流空气分级机分级粒径较大,分级精度较高;导风叶片处较大的湍流耗散率有助于粉体分散,明显减弱“鱼钩效应”现象。     

涡流空气分级机环形区流场的实验研究

为优化涡流空气分级机内的流场,提高分级机性能,研究了涡流空气分级机蜗壳内加水平隔板和不加水平隔板2种结构对分级精度的影响。2种结构分级机环形区流场的激光多普勒测速计测量结果表明:在涡流空气分级机蜗壳内加隔板后,减小了环形区气流的轴向速度,沿转笼轴线方向,切向速度分布趋于均匀一致,流场稳定。重质CaCO3物料实验表明:在所试验的风速和转速范围内,采用较高转速分级,加隔板分级精度降低。环形区内适当的湍流能够提高物料的分散性,对提高分级精度有利。     

几何相似涡流空气分级机环形区流场变化规律研究及预测

为探究几何相似涡流空气分级机环形区流场的分布特性,建立不同尺寸的涡流空气分级机模型,提取关键结构的几何参数,通过数值模拟分析尺寸比例因数对分级机环形区流场分布的影响。模拟结果表明,在相同进口风速下,几何相似分级机模型环形区内切向速度呈准自由涡的分布。模型尺寸增大,环形区内柱面面积加权平均切向速度增大,环形区切向速度分布不均匀。转笼内外缘切向速度越接近,环形区内近转笼外缘处切向速度产生的波动越小。几何相似分级机模型环形区内径向速度分布符合点汇流动的规律,除了在靠近转笼外缘处径向速度数值有较大差异外,环形区其余位置柱面面积加权平均径向速度不随比例因数变化而变化。以几何相似分级机模型数值模拟数据作为训练样本拟合分级机环形区内柱面面积加权平均切向速度和径向速度预测公式,并建立测试样本分级机模型对预测公式进行验证。柱面面积加权平均切向速度和径向速度预测值与模拟值的最大误差分别为3.5%和1.8%。此外,通过对几何相似涡流空气分级机模型环形区流场运动相似和动力相似分析,得出几何相似分级机模型流场具有相似性。     

涡流空气分级机转笼结构对其分级性能的影响

摘要：研究了涡流空气分级机底盘开口与封闭两种型式的转笼对分级指标的影响。重质CaCO₃物料试验表明：采用底盘开口转笼时,切割粒径小,分级精度低;随着分级转速增加,切割粒径对风速的敏感性下降。另外,用激光多普勒测速计测量了上述两种转笼结构的分级机环形区的流场特性,结果表明：转笼底盘开口,环形区气流出现旁路,进入转笼径向风速减小,造成分级物料切割粒径减小;底盘封闭的分级机环形区内靠近转笼处,切向风速突变增大,特别是轴向上湍流度的增大,有利于团聚物料的分散和分级精度的提高。     

竖直涡旋向对卧轮式分级机流场及性能影响

采用数值模拟方法对卧轮式分级机内气相流动特性进行了研究,重点考察了竖直涡旋向对分级机内全流场的影响。模拟结果表明,分级机锥体段以旋转上升的竖直涡为主流型,竖直涡旋向对分级室内流型有重要影响。根据右手定则,竖直涡旋向与转笼旋向满足象限Ⅰ和Ⅲ时,分级室内形成两股旋向相反的水平涡,局部出现二次涡流,转笼外缘气流切向速度接近为0;竖直涡旋向与转笼旋向满足象限Ⅱ或Ⅳ时,分级室内流场分布一致性较好,转笼外缘及叶片间速度分布比较均匀且波动较小。以流化催化裂化(FCC)催化剂为分级物料,处于象限Ⅳ的分级机其分级粒径平均减少5.3?m,分级精度平均提高7.5%;以粉煤灰为物料,分级粒径平均减少2.2?m,分级精度平均提高8.4%,粉料分级试验结果与数值模拟结果吻合。研究结果对卧轮式分级机的结构设计有一定指导作用。     

涡流空气分级机熵产与分级性能分析

利用热力学第二定律中的熵产理论对涡流空气分级机各不可逆因素引起的熵产进行分析,通过粉料分级试验对其分级性能进行验证,获得了黏性熵产、湍流熵产和壁面熵产分布特点及操作参数对熵产和分级精度的影响规律。熵产分析结果表明,涡流空气分级机内湍流熵产和壁面熵产占总熵产的比例高达56.41%和43.11%,湍流熵产主要产生于转笼叶片间和转笼内部,进风口和细粉出口壁面剪切引起较大壁面熵产;此外,转笼转速和进口风速变化分别仅对转笼区域和切向进风口区域内气流运动熵产影响较大,进口风速-转笼转速处于8.6m/s、 800r/min和18m/s、1200r/min操作工况附近时,涡流空气分级机内总熵产/总能变化率较小,分级流场稳定性较高,对粗、细颗粒分离有利,该工况下分级机的粉料分级试验效果较好,说明熵产理论可用于涡流分级机内流动分析及其操作参数的优化匹配。     

新型径向叶片式旋转床压降分析及气相流场模拟

针对折流式旋转床压降高、能耗大的问题,提出了一种新型超重力旋转床设备--径向叶片式旋转床。首先,对该旋转床的压降进行了理论分析和建模,并利用水-空气体系进行了实验研究。通过改变气量、转速和液量探究了新型径向叶片式旋转床压降的变化规律,结果表明压降随气量、转速和液量的增加而增加,且随着气量和转速的增加,液量对压降的贡献逐渐减小。压降模型的预测值与实验数据的相对偏差基本在10%以内,表明模型可以较好地预测新型径向叶片式旋转床的压降。另外,通过计算流体力学（CFD）软件的模拟获得了旋转床内气相流场和压力分布的结果,发现转子内压降是总压降的主要部分;气体进入转子后会因叶片作用使得周向速度变大,并在转子外缘处达到最大值;气体的进口流速将会影响旋转床内的气相分布。利用实验数据对CFD模拟结果进行了验证,两者的相对偏差在10%左右。     

Study on flow fields in a bioreactor with perforated blades

Flow fields of a gas–liquid fluid in a bioreactor with perforated blades were evaluated with the computational fluid dynamics and particle image velocimetry (PIV). The flow pattern of the fluid was the complex turbulence, and the fluid had preferable flow fields for fermentations. Using a rotating coordinate system and a sliding mesh method, a mesh of 24 × 16 × 80 (X × Y × Z) was selected due to its high accuracy and appropriate workload. The numerical results of the two‐phase flow model agreed well with the experimental results of the PIV, such as flow field characteristics and data curves. The RNG k–ε model was adopted, which could precisely simulate anisotropic flow fields around higher‐speed blades. Whole deviations of X‐, Y‐ and Z‐direction velocities ranged only from 5.4% to 10.5%, and continuous turbulence models could effectively simulate transfer procedures of the fluid. Because of its low cost, simplicity and easy of scale‐up, the bioreactor with perforated blades and its models mechanism of fluid microelements are expected to be efficient for its industrial amplification and application in food industry. © 2012 Canadian Society for Chemical Engineering     

旋流板内两相流场的CFD模拟与分析

The flow field of gas and liquid in a φ150mm rotating-stream-tray (RST) scrubber is simulated by using computational fluid dynamic (CFD) method. The simulation is based on the two-equation RNG κ-ε turbulence model, Eulerian multiphase model, mad a real-shape 3D model with a huge number of meshes. The simulation results include detailed information about velocity, pressure, volume fraction and so on. Some features of the flow field are obtained: liquid is atomized in a thin annular zone; a high velocity air zone prevents water drops at the bottom from flying towards the wall;the pressure varies sharply at the end of blades and so on. The results will be helpful for structure optimization and engineering design.     

涡流空气分级机转笼转速对其分级精度的影响

引言随着科学技术的不断发展,建材、化工、矿业等行业都需要特定粒径的超细粉体,涡流空气分级机作为一种重要的分级设备被广泛应用。同时,各行业对分级机的分级效率和分级精度提出了更高的     

Effect of pitched short blades on the flow characteristics in a stirred tank with long-short blades impeller

This work focuses on the design improvement of the long-short blades (LSB) impeller by using pitched short blades (SBs) to regulate the flow field in the stirred vessel. After mesh size evaluation and velocity field validation by the particle image velocimetry, large eddy simulation method coupled with sliding mesh approach was used to study the effect of the pitched SBs on the flow characteristics. We changed the inclined angles of the SBs from 30° to 60° and compared the flow characteristics when the impeller was operated in the down-pumping and up-pumping modes. In the case of down-pumping mode, the power number is relatively smaller and vortexes below the SBs are suppressed, leading to turbulence intensification in the bottom of the vessel. Whereas in the case of up-pumping mode, the axial flow rate in the center increased significantly with bigger power number, resulting in more efficient mass exchange between the axial and radial flows in the whole vessel. The LSB with 45° inclined angle of the SBs in the up-pumping mode has the most uniform distributions of flow field and turbulent kinetic energy compared with other impeller configurations.     

气流横向冲刷管束湍流换热的场协同分析

推导出了气流横向冲刷管束湍流换热时的传热Nu数与场参数的关系表达式,用数值模拟的方法对湍流时场协同原理进行了分析与验证。结果表明,换热随管排方式和管间距的改变而有所不同,是因为速度场与热流场的协同作用的不同,速度场与热流场的协同性好,则传热性能好。场协同原理同样适合于气流横向冲刷管束湍流流动与换热。对湍流换热时场协同作用特点进行了分析,指出湍流时速度场与热流场的协同作用对换热的影响主要表现在粘性底层以外的壁面附近。     

刮壁桨在槽式釜中的流型研究

用示踪粒子照相法，对浮动刮壁桨多种刮板形式的粘性流流型进行了研究。采用峰高和峰宽两个量来描述刮板附近流线的形态，认为可利用峰高和峰宽值来判断不同刮板形式的传热性能。对照传热曲线得出：Ｒｅ小于２５时，应以峰高值来判别传热效果；Ｒｅ大于２５时，应以峰宽值作为判别传热效果的标准。并从多种刮板形式中挑选出带水平尾板的刮板，其传热效率最高。     

多晶硅还原炉内流场及温度场的研究

多晶硅还原炉（CVD reactor）是西门子法生产多晶硅的主要设备。硅在多晶硅还原炉（CVD reactor）内的生长是一个复杂的过程,涉及动量、热量、质量传递以及化学反应,炉内流体流动分布是影响还原能耗的关键因素。在这项研究中主要考虑如何提高还原炉中流场和温度场的均匀性。提出了一种新的还原炉设计方案,与传统的多晶硅还原炉相比,在新的还原炉内加入了内罩,从而形成了一种不同的气体流动方式。在新的还原炉内,气体进口和气体出口被划分到不同的区域,气体从气体进口进入CVD reactor后向上流动同时参与气相沉积反应,反应后通过内罩的顶部,最后从气体出口流出。研究重点是内罩结构的设计,以期可以提高还原炉内部流场及温度的均匀性。通过计算流体力学研究,现在水平方向上温度梯度很小,同时有效地减小了回流区域面积。本研究提供了提高多晶硅还原炉内部流场及温度场均匀性的方法。