带导流板的自吸式搅拌槽内流动场的数值模拟

对一带导流板的自吸式搅拌槽进行了数值模拟,研究搅拌转速、桨叶高度、叶片数目对搅拌槽内流动场的影响.结果表明,随着搅拌转速的均匀增大,搅拌槽内流体速度均匀度增大,搅拌轴功率也逐步增大;随着桨叶高度的逐渐增大,搅拌功率先降低再增加;桨叶安装高度为150 mm,搅拌混合效果较好;随着桨叶数目的增多,搅拌槽内的流体速度分布更加...     

桨叶型式对中心龙卷流型搅拌槽内流动场的影响

采用计算流体力学(CFD)对中心龙卷流型搅拌槽内部流场进行了数值模拟,从速度、压力、湍动能、功耗等方面研究三种不同的搅拌桨叶对搅拌槽工作性能的影响。研究结果表明:6PBDT在整个搅拌槽内速度分布相对较均匀;6SBDT在轴截面处的压力分布较为均匀,湍动能分布面积相对较大;在相同条件下,6SBDT所消耗的功率大,即槽内流体的混合性能最好。     

热风分布器结构对脱硫废水旋转喷雾蒸发特性影响的数值模拟

针对脱硫废水旋转喷雾蒸发过程,建立了气液两相流动及传热传质模型,并利用该模型对某电厂300MW机组的脱硫废水蒸发过程进行了模拟,研究了热风分布器中导流板的角度和数量对干燥塔内流场、废水雾滴运动与蒸发的影响。结果表明：外导流板角度对喷雾干燥塔内流场影响比内导流板大,随着外导流板角度的增加,热烟气进入喷雾干燥塔的旋转作用更加明显,外导流板角度为32°时烟气旋流作用最好;随着内导流板角度的增加,液滴轴向运动最远距离减少,同时内导流板角度的改变对喷雾干燥塔内液滴完全蒸发时间的影响大于外导流板,内导流板角度为0°时液滴蒸发时间最短;内导流板数量对喷雾干燥塔内流场、液滴的运动和蒸发影响较小,随着内导流板数量的增加,干燥塔内流场、液滴运动距离和完全蒸发时间趋于稳定,综合考虑烟气导流与风压损失,建议内导流板数量取为24片。     

轴流桨搅拌槽内完全湍流的研究

为研究轴流桨搅拌槽内完全湍流状况,采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对MK和ZHX搅拌器进行流场测试,得到不同工况下的时均速度场分布.应用渐近不变性方法,选取适当的特征尺度,给出挡板处壁面射流的轴向速度相似剖面,确定用于评定槽内完全湍流界限的轴向速度分布曲线,建立了搅拌雷诺数与搅拌槽内完全湍流流动达到的高度之间的线性关系.结果表明,非全槽完全湍流状态下,槽上部会出现过渡流区;随雷诺数的增大,搅拌槽内完全湍流流动达到的高度增大;不同型式搅拌器的完全湍流流场所需的雷诺数不同,单层桨搅拌槽内达到全槽完全湍流需要很大的搅拌功率.     

双层桨搅拌槽内部流场的实验研究

运用计算流体动力学（CFD）方法对双层桨搅拌槽内部流场进行数值模拟。考察了流体在不同桨叶类型、不同桨叶间距对搅拌槽内宏观流动场的影响。研究发现：流体在桨叶间距为150 mm的双层桨内部流场流动效果好。在此间距的基础上得出流体在六圆盘上斜叶桨的搅拌槽内比六圆盘直叶桨搅拌槽内混合效果好。     

导流板对旋风分离器内非轴对称流动的影响

采用雷诺应力模型(Reynolds Stress Model,RSM)对环形空间设有导流板的旋风分离器内的气相流场进行模拟研究,分别考察了导流板径向、周向位置和导流板半径、数目对旋风分离器内气相流动的影响。结果表明:导流板半径和导流板数目对气相流动的影响最大;导流板数目为2时,可有效抑制非轴对称流动,但导流板数目进一步增多会使流场的轴对称性变差;导流板半径越大,流场的轴对称性越好;外旋流区的切向速度越大,越有利于提高分离器的性能。     

双层翼型桨搅拌槽内流动特性的PIV研究

在直径0.476 m的搅拌槽内,采用粒子图像测速技术对双层三叶CBY翼型桨搅拌槽内的流场进行了研究,考察了层间距、浸没深度和离底高度等参数对流场分布的影响. 结果表明,层间距H2≤0.6T(T为搅拌槽直径)时,槽内可形成整体的轴向循环流动,H2≥0.7T时槽内将产生分区流动现象. 浸没深度对桨叶排出流区域的速度影响很小. 降低下层桨的离底高度能加强下层桨的径向流动,并增大上层桨叶轮区和循环区流体的轴向流动.     

搅拌槽内三维流场的LDV测量

利用三维激光多普勒测速系统(3D-LDV)对搅拌槽内流场进行了湍流测量和流场分析,同时对测量系统和测量原理进行了介绍,给出了在偏心搅拌和中心搅拌时搅拌槽内的时均速度场分布和湍流度等实验结果.这些结果为搅拌槽的设计和放大提供了很有价值的实验依据.     

空气搅拌式种分槽流场的数值解析及结构参数的优化

利用计算流体力学(CFD)软件对不同结构参数的空气搅拌式种分槽内的流场进行了三维数值模拟,计算中采用了双欧拉法,使用了两流体模型和多块网格结构. 所得结果与生产实践相比较表明,优化后的种分槽内流场有了明显的改善,较好地缓解了槽内结疤问题;导流槽的使用较好地控制了"短路"现象.     

搅拌槽中非稳态温度场分布的研究

在对称装有4组垂直加热列管、直径为500mm的搅拌槽中使用长薄叶(CBY)桨进行搅拌,采用液晶(LC)测温技术测量搅拌槽内温度场的分布。分别研究了搅拌槽中轴向温度分布随加热时间、叶轮雷诺数以及桨的安装高度不同而变化的情况。结果表明,列管加热时间的长短对槽内温度分布的趋势没有影响,温度分布的趋势主要取决于所用搅拌桨产生的流型;随着叶轮雷诺数的增加,槽内温度分布相对趋于均匀;搅拌桨的安装高度对温度场的分布影响也很显著。     

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。     

内置螺旋挡板流化床颗粒停留时间分布

采用脉冲示踪法在内置螺旋挡板冷态鼓泡流化床上研究了螺旋挡板、加料速率、流化风速、颗粒粒径和床料高度对颗粒在流化床内停留时间分布的影响. 结果表明,颗粒停留时间的无量纲方差从无螺旋挡板时的0.558减小到有螺旋挡板时的0.085,螺旋挡板可有效抑制颗粒返混,增大颗粒运动的平推流趋势;加料速率增大为约2倍时,停留时间减小为约50%,流动更趋向于平推流;床料高度增加,颗粒返混加剧,颗粒平均停留时间及无量纲方差均增大,颗粒运动向全混流靠近;随流化风速增大,颗粒平均停留时间变长;实验范围内,颗粒粒径对颗粒停留时间分布影响不大.     

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。     

改进型框式组合桨搅拌釜内流场特性

对5m³树脂反应釜及釜内改进型框式-二斜叶双层组合桨等比例缩小建立模型,基于计算流体力学（CFD）中的多重参考系法对该双层组合桨搅拌釜流场进行了模拟研究,并利用粒子图像测速（PIV）实验对模拟结果进行了验证。分析了桨叶离底间距、桨间距及组合桨安装角度的变化对流场产生的影响。随着离底间距的增大,搅拌釜下层框式桨横梁处产生往槽底的轴向流强度会逐渐减弱,不利于底部物料的混合;桨间距的增加导致两桨间对流减弱,不利于两桨间流体的混合,当桨间距与釜内径的比值为0.77时,搅拌釜内的整体流动情况较好。对上下层桨叶安装角度分别为0°、45°和90°这3种工况下的釜内流场特性研究表明,安装角度为90°时,斜叶桨产生的轴向流强度最大,此时搅拌釜内流体的混合效果最好。研究结果为改进型框式桨与二斜叶桨双层组合桨应用于树脂聚合反应实际工程提供参考。     

两相均流板对弯管中气固两相运动分布特征的影响

针对燃煤电厂烟气污染物脱除设备入口弯管内气固两相分布不均的问题提出一种新型两相均流板,采用CFD数值模拟首先对比分析了安装两相均流板与常规导流装置的均流效果,之后详细研究了新型两相均流板对弯管水平出口管道中气流速度、颗粒质量分布规律的影响以及板型及板间夹角对两相均流板均流效果的影响,并结合Design-Expert响应面法获得两相均流板的最优结构,将最优结构应用于工业性实验中,最后将计算结果与工业性实验数据进行了比较。结果表明:弯管内安装两相均流板较安装导流板/三角翼挡板气固两相均流效果更优,既可以使气固两相均匀分布又可以有效降低系统的压阻;随板间夹角的增大,管内的气流速度分布以及颗粒的质量浓度分布呈阶段性变化,而管内的压降则随板间夹角增大而增大;最佳两相均流板结构为夹角为75.49°的直板型两相均流板。模拟与实验结果吻合较好,利用提出的数值模拟方法可以详细真实地模拟计算大型及具有复杂内部结构的除尘器入口弯管中气固两相流动。     

新型自吸式多相搅拌槽临界悬浮特性的实验研究

在不通气的情况下,对新型多相搅拌槽进行实验,得出了其固相含量w、颗粒密度r、搅拌槽内径D与临界悬浮转速Nc的关系,在相同条件下,与给定结构尺寸的标准搅拌槽对比了临界悬浮转速. 结果表明,Nc随固相分率j增加和粒径dp增大而增大,不利于达到良好的悬浮效果;固相颗粒密度越大,临界悬浮转速随之增大;槽径增大使达到悬浮状态的临界转速降低. 该新型搅拌槽临界悬浮转速的关联式是Nc=6.3dp0.21(gDr/rL)0.45w0.19/D0.55;同一固相分率下,新型多相搅拌槽的临界悬浮转速比标准搅拌槽降低了30%,在较低转速下就能使颗粒悬浮.     

Experimental and Numerical Studies of the Flow Field in a Stirred Tank Equipped with Multiple Side‐Entering Agitators

The flow field and the macro‐mixing process in a stirred tank equipped with four side‐entering agitators were investigated experimentally and numerically. Experiments were conducted using two‐dimensional particle image velocimetry (PIV) measurements to characterize the flow field at different positions in the vessel. The computational fluid dynamics (CFD) simulation was performed by the software Fluent 6.3, using the standard k‐ϵ turbulent model and the multiple reference frame together with the sliding mesh technique. The macro‐mixing process was also discussed using CFD and decolorization experiments. The effects of the tracer detection positions and some mounting parameters in the mixing system were discussed. The results show that the mixing process was dominated by the flow field pattern in the stirred tank. According to the mixing times under different conditions using CFD simulation, the mounting parameters including inclination angle, plunging length and mounting height of the shaft were optimized.     

搅拌反应器气液两相流混合过程的涡旋效应数值模拟

为研究气液两相搅拌釜桨叶对釜内流动结构及气液混合性能的影响,本文以直叶片和推进叶片为研究对象,采用ICEM软件对搅拌釜流场进行六面体结构网格划分,基于SST-DDES湍流模型及欧拉-欧拉多相流模型对搅拌釜内部流场进行三维非定常计算,获得两种桨叶下搅拌釜内部涡结构及其演化过程,并分析搅拌釜内瞬态气相分布和瞬时流场的分布规律。研究结果表明：由于叶片旋转而产生的涡有撕裂、合并、衰减和耗散的演化过程;直叶片相较于推进叶片,其涡耗散速度较快,涡产生到消失的周期较短;由于叶片结构不同,主流的运动方向也随之改变,直叶片沿径向分布,推进叶片沿轴向分布。前者在釜内形成上下两层循环区,不利于气相扩散。后者在釜内形成一个大循环区,加剧釜内流动循环,造成后者的气相扩散能力大于前者。比较两者T_0.95分布,推进叶片要小于直叶片,推进叶片搅拌釜T_0.95近似为直叶片搅拌釜T_0.95的50%。     

利用声发射技术测量搅拌釜的淤浆悬浮高度

根据颗粒运动碰撞搅拌釜壁面产生声波的机理,结合声信号的频谱分析、小波分解和R/S分析,获得了代表颗粒运动的特征信号频段（d1、d2频段）。同时,基于声波特征信号频段能量沿搅拌釜轴向的规律性变化,提出了声波法测量搅拌釜淤浆悬浮高度的判据,即当声波特征信号频段能量或声波特征信号频段能量比出现阶跃性变化时的高度为淤浆悬浮高度。以水-玻璃珠体系为例,研究发现,无论是盘式涡轮还是桨式叶轮的搅拌桨,基于声信号测定淤浆悬浮高度的判据都能较好地得到验证,与目测法相比,其平均相对误差小于10 %,具有较高的精度。由此,获得了一种简单快捷、灵敏准确、非侵入式的搅拌釜淤浆悬浮高度测量技术,能够实现淤浆悬浮高度的实时监控。