不同推进式桨叶对搅拌反应器内气液两相混合特性的影响

为了研究不同推进式桨叶对搅拌反应器内气液两相混合特性的影响,以某搅拌反应器的推进式桨叶为研究对象,将搅拌聚合物简化为含5%气体的清水介质,基于螺旋桨叶片设计方法和CFD流场仿真技术,采用VOF多相流模型和RNG k-ε 湍流模型,对四种推进式桨叶内部气液两相流动进行数值分析,实现了推进式桨叶参数设计和性能优化。分析设计转速在400 r/min时的径向速度、0~18 s的时间范围内气体体积分数的变化、无量纲气体体积分数以及无量纲轴向速度,来评价四种推进式搅拌反应器搅拌性能的剪切、混合、分散。研究结果表明：变螺旋角(FDC-450-γ)非对称桨叶的流动更均匀、混合速率更快和剪切分散能力能强。通过对四种不同推进式桨叶的比较分析,为后续的研究和工程实践奠定了基础。     

三叶后掠-HEDT组合桨搅拌釜内流场的模拟及实验

对应用于聚乙烯聚合反应中的三叶后掠-HEDT组合桨的搅拌釜内流场进行了模拟研究,分析组合桨的离底距C ₁、桨间距C ₂以及转速N的变化对搅拌釜内流场的影响,利用PIV实验对模拟结果进行了验证;将该组合桨与三叶后掠-六直叶圆盘涡轮组合桨进行了模拟对比研究。结果表明：当桨间距与釜内径的比为0.35时,釜内桨叶间的流体流动效果最好,该条件下能够改善搅拌釜上层流体的速度分布;当离底距与釜内径的比值为0.29时,组合桨下方出现了整体的环流,有利于釜底流体的混合;桨叶转速N=90 r/min时釜内流体速度分布均匀,同时上层HEDT桨叶产生的射流方向趋于水平。两种组合桨的对比研究表明：二者流型相近,但前者搅拌功率能够得到明显降低。研究结果可为三叶后掠-HEDT组合桨在聚乙烯聚合反应釜中的工程应用提供参考。     

改进CBY桨搅拌釜内单相流体流动与传热特性研究

使用计算流体力学软件FLUENT(V6.3)对自行设计的开槽式翼型搅拌桨—CBY-H桨搅拌釜内单相体系的流动性能进行了数值研究,采用多重参考系法(MRF)和RNG k-ε湍流模型模拟搅拌釜内液体的流动情况,并将研究结果与标准的CBY桨的轴流特性进行了对比。结果表明,CBY-H桨可提高流体轴流循环性能,在桨叶下方和桨叶区流体的轴向速度比CBY桨大,高速运动的流体区域覆盖范围更广,釜内速度分布更均匀。同时CBY-H桨消耗的功率低于CBY桨,节能18.4%。论文还进行了传热实验研究,发现CBY-H桨的釜内对流传热系数略大于CBY桨,获得了传热系数Nu的关联式。     

三叶后掠-HEDT组合桨搅拌釜内流场的模拟及实验

对应用于聚乙烯聚合反应中的三叶后掠-HEDT组合桨的搅拌釜内流场进行了模拟研究,分析组合桨的离底距C_1、桨间距C_2以及转速N的变化对搅拌釜内流场的影响,利用PIV实验对模拟结果进行了验证;将该组合桨与三叶后掠-六直叶圆盘涡轮组合桨进行了模拟对比研究。结果表明:当桨间距与釜内径的比为0.35时,釜内桨叶间的流体流动效果最好,该条件下能够改善搅拌釜上层流体的速度分布;当离底距与釜内径的比值为0.29时,组合桨下方出现了整体的环流,有利于釜底流体的混合;桨叶转速N=90 r/min时釜内流体速度分布均匀,同时上层HEDT桨叶产生的射流方向趋于水平。两种组合桨的对比研究表明:二者流型相近,但前者搅拌功率能够得到明显降低。研究结果可为三叶后掠-HEDT组合桨在聚乙烯聚合反应釜中的工程应用提供参考。     

无挡板CSTR内部流场及颗粒分布的CFD模拟研究

为探究无挡板连续搅拌式反应釜（CSTR）内部流场分布及颗粒运动情况,采用计算流体力学（CFD）,在欧拉-拉格朗日模型的基础上对三种搅拌釜工况进行了研究分析。同时,探讨了粒径为100,300和500μm的颗粒在各个工况下的混合情况。研究表明：在时间为0～100 s时,初始搅拌釜内颗粒的平均速度相较于初始时增加了39.22%,达到了1.479 7 m/s,搅拌釜内的流场平均速度为1.737 2 m/s,颗粒的平均速度与流场速度呈现相近的趋势;搅拌桨位于罐内中间位置时,颗粒分布最为均匀;采用双层搅拌桨时,颗粒速度得到了显著的提升,最大颗粒速度可达到4.238 3 m/s。     

双层双折叶三斜叶圆盘涡轮桨釜内流场特性研究

通过计算流体力学(CFD)对双层双折叶三斜叶圆盘涡轮桨搅拌釜内的流场特性进行了模拟研究,分析了组合桨的转速N、离底距离C1及桨间距C2的变化对釜内流场的影响,利用粒子图像测速（PIV）技术对模拟结果进行了验证。研究结果表明：当转速N=100 rpm时,壁面附近的低速区域几乎消失,釜内流体整体速度得到提升及流场速度分布较好。离底距的增大会导致釜内流场的高速区上移,当离底距C1=0.28h时,近液面区域流体流速改善较明显,釜内流场速度分布较为合理。桨间距的提升能改变上下桨叶的配合效果,当桨间距C2=0.25h时釜内混合效果最佳,近液面区域流体流速明显提高,釜内流体整体流速较高。研究结果可为双折叶三斜叶圆盘涡轮桨在实际工程应用中提供参考。     

逆流桨强化搅拌槽内流体混沌混合及流场结构失稳研究

在传统三斜叶桨的基础上,结合逆流桨结构,提出三斜叶逆流桨,以破坏或者消除搅拌槽内稳定的对称性流场结构,提高流体传递效率及混沌混合程度。结合实验和模拟两种方法,主要研究了上推式三斜叶桨(PBTU)、外推内压式三斜叶逆流桨(PBTC-U)、外压内推式三斜叶逆流桨(PBTC-D)三种桨叶体系以及不同外层桨叶长度的PBTC-U桨体系内搅拌功耗、混合时间、混沌特性参数、流场结构以及流体速度分布。实验结果表明,N=130 r/min时,PBTC-U桨相对于PBTU桨和PBTC-D桨,体系混合时间分别从22.0、37.5 s缩短到16.5 s,功耗分别降低了5.6%和12.8%,LLE值分别提高了13.69%和37.01%。在确定PBTC-U桨适宜外层桨叶长度的研究中发现当外层桨叶长度D₂=0.375D时,搅拌功耗最低且混合时间最短。PBTC-U型逆流桨通过内外层桨叶的逆流作用,强化体系内流体的随机运动,使得流场的不稳定性得到增强,对称性被破坏,进而流场结构失稳,流体混合效率得到提高。另外,PBTC-U桨可以增强流体轴、径向速度分布的波动性,有利于提高体系的混合效率。     

新型最大叶片式搅拌器用于工业规模反应器气液混合特性的数值模拟

以1.0%质量分数黄原胶溶液为研究体系,运用计算流体力学(CFD)方法对10 m~3工业规模搅拌釜内新型最大叶片式搅拌桨的气液混合性能进行了数值模拟,重点研究了新型最大叶片式搅拌桨在搅拌转速为42 r/min,五种通气量(0.27~0.35 vvm)下气液混合特性。结果表明:流体在新型最大叶片式搅拌桨作用下呈现一个整体大循环;在相同转速下,增加通气量,搅拌器单位体积功耗减小,气含率、气泡尺寸及气液传质系数呈不同增加趋势。     

刚柔组合搅拌桨与刚性桨调控流场结构的对比

高黏度流体处于层流状态时,普遍存在的混合隔离区,降低了流体的混合效率。减小或消除隔离区,是实现流体高效混合的基本途径。采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对刚性六直叶涡轮桨（刚性桨）和刚柔组合六直叶涡轮桨（组合桨）的流场结构进行研究,对比分析了两种桨叶在相同功耗（3 kW·m^-3）时的轴向、径向和切向的速度矢量图、速度云图以及速度分布散点图。结果表明,刚性桨的能量集中在桨叶尖端部分,远离桨叶区域的流体速度很小甚至为0 m·s^-1;而组合桨可将能量从桨叶尖端扩散至全槽,使槽内流体均具有一定的流速,提高了混合效率,且显色实验与数值模拟结果一致,组合桨体系的混合隔离区在短时间内就可消除,混合良好,而刚性桨体系的混合隔离区始终存在,混合效果不佳。     

刚柔组合搅拌桨与刚性桨调控流场结构的对比

高黏度流体处于层流状态时,普遍存在的混合隔离区,降低了流体的混合效率。减小或消除隔离区,是实现流体高效混合的基本途径。采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对刚性六直叶涡轮桨(刚性桨)和刚柔组合六直叶涡轮桨(组合桨)的流场结构进行研究,对比分析了两种桨叶在相同功耗(3 kW·m-3)时的轴向、径向和切向的速度矢量图、速度云图以及速度分布散点图。结果表明,刚性桨的能量集中在桨叶尖端部分,远离桨叶区域的流体速度很小甚至为0 m·s-1;而组合桨可将能量从桨叶尖端扩散至全槽,使槽内流体均具有一定的流速,提高了混合效率,且显色实验与数值模拟结果一致,组合桨体系的混合隔离区在短时间内就可消除,混合良好,而刚性桨体系的混合隔离区始终存在,混合效果不佳。