三桨叶搅拌釜相同混合时间条件下的CFD模拟及放大研究

搅拌釜的放大主要依靠实验或经验进行,目前已有的各种放大规律由于相似理论的出发点不同,缺乏统一的评价标准.采用CFD技术为统一的放大理论基础,针对4个几何相似的三桨叶搅拌釜,以完全混合所需要的时间T99相同为放大基准,对搅拌釜内的湍流场以及搅拌转速、单位容积消耗功率等随搅拌釜几何放大后的变化规律进行了研究.结果表明,采用CFD技术作为统一的放大理论基础,准确、可靠.     

大型侧进式搅拌釜内湍流流场的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)技术对直径和高度均为13 m的大型侧进式搅拌釜内均相宏观流场进行数值计算。结果表明,将计算域划分为大约90万网格时,计算得到的搅拌功率曲线与实验数据吻合较好;考察不同操作转速、搅拌桨安装角度及个数对釜内低速死区分布的影响,发现增大搅拌转速很难有效地消除水平面上的死区;搅拌桨垂直向下5.71°或水平偏转11°安装能明显改善流体运动。三桨和四桨搅拌体系对釜上部流场的优化要好于两桨体系;但在相同转速下,双桨、三桨和四桨搅拌釜的搅拌功耗分别是单桨搅拌釜的1.2倍、2.3倍和3.4倍。综合考虑,三桨体系搅拌效率较高。最后采用组分模型计算得到不同转速下三桨釜的混合时间。     

650L搅拌式细胞反应器流场的数值模拟

借助CFD理论与技术和商业软件Fluent对YD生物公司的650L搅拌式细胞反应器挡板对流场的影响进行了数值模拟与分析。针对直径D=800mm,液位高度为h=1000mm,推进式桨叶直径为Φ=350mm,桨叶距罐底高度H=355mm,转速n=60rpm的搅拌式细胞反应器,通过改变反应器所加装挡板的数量,运用Realizable k-ε湍流计算模型模拟分析在罐体壁均布挡板数量分别为0、2、3、4、5、6等六种情况下的流场,并对模拟结果分析比较;发现挡板对流场的影响明显,均布5块挡板时流场整体轴流性最好。     

搅拌釜内流场实验研究与数值模拟的进展

概述了搅拌釜内流场实验研究与数值模拟的进展,介绍了速度场、混合时间、循环流量和温度场的各种测量方法,同时就搅拌釜内流场数值模拟中涉及的各种湍流模型以及旋转桨叶的处理方法进行了对比分析。最后指出传热特性、多相流以及多参数耦合数学模型是搅拌釜研究的重点。     

气液搅拌釜中不同因素对混合时间的影响

在液体石蜡中通入氮气的气液搅拌釜中,通过光差法确定特定混合状态和达到该状态的混合时间,研究了多种因素对气液混合时间的影响。进气流量较小时,随进气流量增加,混合时间明显缩短;但当进气流量达一定值时,混合时间变化很小。比较了12个搅拌桨,转速和进气流量均相同时,6叶大圆盘涡轮桨混合时间最短;列出了4种桨型混合时间的长短顺序。转速和进气流量一定时,用4挡板替换3挡板,混合时间略有缩短。     

悬浮聚合搅拌釜粘釜规律的研究

实验在Φ280mm的有机玻璃釜中，用研磨极细的铁粉和强磁材料钕铁硼建立了釜内流动条件对粘釜影响的冷模研究，采用三叶后掠式桨和二叶推进桨研究物料在釜内的粘釜规律，冷模研究的结果针对聚合釜设计和生产具有一定的指导意义。     

搅拌釜中自浮颗粒三相体系的混合时间

液相混合时间是搅拌过程中的重要内容。在釜径３８６ｍｍ的搅拌釜内,采用热电偶温差法考察了搅拌桨型、挡板、等操作因素对自浮颗粒三相搅拌混合的液相混合时间的影响。     

两层浆搅拌釜内混合过程的新二维单元串联模型

在直径为１８６ｍｍ的立式搅拌釜内,利用热电偶－－温差法测量了两层经组合浆搅拌釜内的液相混合时间,试验中采用的搅拌将有直叶圆盘涡轮和斜叶涡轮（上推式荼吉涡轮ＰＴＵ和下压式斜叶涡轮ＰＴＤ）;根据激光多普勒测速仪对流场的测量结果,提出了一种新的二维单元串联模型,用该模型对两层组合浆搅拌釜内的混合过程进行了模拟,发现模拟值和实验值吻合较好。     

搅拌釜三维流场的雷诺应力模型数值模拟

引言 近年来,雷诺平均Navier-Stokes方程及其封闭方程组成的湍流模型在应用于搅拌釜复杂湍流现象的模拟上取得了成功,主要是采用标准k-ε[1]、RNG k-ε[2]等模型.     

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。     

偏心搅拌槽内宏观不稳定性的分离涡模拟

为研究偏心搅拌槽内的宏观不稳定性,基于分离涡模型建立了偏心搅拌数值模拟方法。采用滑移网格法模拟搅拌桨的旋转,实现了偏心搅拌流场的非稳态模拟。对不同工况时的宏观不稳定性进行了频谱分析,讨论了偏心率、雷诺数和桨径比对宏观不稳定频率的影响,并进行了PIV实验验证。研究表明,偏心搅拌槽内存在明显的宏观不稳定现象,其变化周期约为桨叶通过周期的10倍;PIV实验结果与分离涡模拟结果吻合较好,都表明偏心搅拌槽内的宏观不稳定频率随雷诺数的升高而增大,随偏心率的增大而减小,随桨径比的增大而增大。     

基于Fluent的流场数值模拟在制脂釜设计中的应用

基于Fluent平台,采用多重参考坐标法(MRF),以2#通用锂基润滑脂为工作介质,对桨框组合式双向搅拌脂釜内流场进行数值模拟。考察应用内外双向搅拌方式以及变形折叶桨时,制脂釜内宏观流场的分布特点,分析了折叶角θ、桨间距l和搅拌转速ω等参数的变化对流场的影响。结果表明,双向搅拌和变形折叶桨明显改善了物料流动状况;折叶角θ取45°时产生的流场分布较22°、60°更优;当桨间距l在(0.16~0.24)D范围内取值对流动特性和搅拌功率影响不大;内桨搅拌ωi转速高于200r/min后,提高转速无益于流场改善。     

用数值模拟方法和LDV测量研究搅拌槽中高粘度流体的流速分布

通过计算机流体动力学(CFD))方法，建立一在役的PY型直叶涡轮搅拌槽的数值模拟模型。将计算机数值模拟的结果和LDV实验测量数据对比，结果比较吻合。对实际操作条件下的高粘度流体在搅拌槽中的流场模拟表明，搅拌叶轮位置，转速以及物料性质等因素对流场的分布影响较大。计算结果可为高粘度流体搅拌槽的设计，优化和管理使用提供依据。     

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.     

搅拌槽内液滴大小分布的研究

对框板式搅拌桨,在直径分别为184、287、494mm的三个椭圆底槽内,用航空煤油、四氯化碳混合物——无离子水体系,采用取样显微照相法,利用新型的图像分析仪测定液滴大小分布.从分散机理得到模型关系,用实验数据拟合模型参数得到液滴大小分布随设备几何参数、操作参数和相比的变化关系.据此得出放大准则,可为此类搅拌槽的放大提供依据.     

侧进式搅拌反应器内流场的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)技术对某钢铁厂烟气脱硫吸收塔底部浆液池的侧进式搅拌流场进行了数值模拟,研究了搅拌转速和搅拌桨安装角度等因素对3维流场的影响规律.结果表明,在5股流体的相互作用下,反应器内存在一个顺时针的整体大循环流动,相邻搅拌桨之间存在两个小漩涡.随着搅拌转速的增大,中心线上底部的速率迅速增加,当转速大于等于...     

搅拌槽内微观混合研究的回顾与展望(英文)

Mixing problems are most likely encountered and sometimes can be severe in scaling-up projects.Micro-mixing is an important aspect for fast or quasi-instantaneous reactions.Poor micro-mixing might produce more undesired by-products,leading to higher purification costs.This paper gives an extensive review and analysis of micro-mixing studies in single-and multiphase stirred tanks.The relevant experiment techniques,micro-mixing models and numerical approaches are critically reviewed and analyzed with remarks and perspectives.The reported studies on two-phase micro-mixing experiments and on the impact of the presence of the dispersed phases on turbu-lence have been limited to a narrow range of conditions.More importantly,disparities widely exist among different reports.Both Lagrangian and Eulerian models are based on oversimplified assumptions,which may lead to uncer-tainties or even unrealistic results.A heuristic model,which is from the perspective of CFD(computational fluid dynamics) and can cover the whole spectrum of scales and also focus on every sub-process,is desired in the future.