不同组合桨搅拌器搅拌特性的数值研究

采用Fluent软件的多重参考系(MRF)及标准k-ε湍流模型,针对双层平直桨叶、双层45°折叶涡轮桨和两者组合搅拌桨这3种搅拌桨,研究了不同桨叶类型搅拌槽内的流动混合特性和加料位置,结果表明:45°折叶涡轮桨和平直叶桨的上下组合桨可以增强搅拌器内流体的上下湍动,促进混合,其搅拌功率较双层平直叶桨下降37.91%,混合时间减少50.48%;选择上层桨叶尖端加料可以缩短搅拌器内液体的混合时间,提高搅拌效率.     

LDV用于搅拌槽流场测量的实验研究

对三维激光多普勒测速系统(3D-LDV)和测量原理进行了介绍,同时利用该设备对搅拌槽内的流场进行了湍流测量和流场分析,给出了搅拌槽内的时均速度场分布、脉动速度、湍流动能和雷诺应力等实验结果,为搅拌槽的设计和放大提供了很有价值的实验依据.     

新型双螺杆锚式桨的设计及搅拌流场模拟

根据高粘性流体混合机理,设计一种新型双螺杆锚式搅拌桨。利用FLUENT软件对锚式桨和新型双螺杆锚式桨进行数值模拟对比分析,研究了两种搅拌桨的流场速度分布特性,以及在不同高度和不同流变指数下,无因次轴向、径向和切向速度沿半径变化规律和搅拌桨表面压力分布。计算结果表明:新型搅拌桨在一定程度上改变了流体的流动方向,加强了轴向和径向流动,说明这种搅拌桨对提高剪切作用和向全槽范围内进行推动的循环作用有较大的促进作用;在同一种搅拌桨的流场中,非牛顿流体中的高速流体分布区域面积远大于牛顿流体中的面积,并随着流体流变指数的增大,无因次轴向、径向、切向速度的峰值也增大。     

气-气混合器的三维流场数值模拟

应用RNG的k-ε双方程湍流模型,采用四面体和六面体混合网格,利用CFD技术对气体喷射流混合器内的三维不可压缩湍流流场进行了数值模拟,得到混合器内流场、湍动能、压降及混合浓度场的变化．数值计算表明混合相对均匀、压力降可满足工艺要求．     

气-气混合器的三维流场数值模拟

应用RNG的k-ε双方程湍流模型,采用四面体和六面体混合网格,利用CFD技术对气体喷射流混合器内的三维不可压缩湍流流场进行了数值模拟,得到混合器内流场、湍动能、压降及混合浓度场的变化.数值计算表明混合相对均匀、压力降可满足工艺要求.     

搅拌反应器流场的数值模拟

使用数值模拟的方法研究了一种搅拌反应器的流场特点,采用k-ε两方程湍流模型分析流场,采用多重参考系法处理搅拌桨区域.结果显示:改进的弧形叶桨形成的流场具有典型的径向流特点,而且轴向流动有所加强;标准k-ε模型和RNG k-ε模型均能较准确地预测搅拌槽内轴向的最大速率,但RNG k-ε模型所得结果更为准确;搅拌槽内的湍流能量主要产生于桨叶周边区域和槽近壁区域;但是桨叶下方区域受循环流动的影响比较弱,而且k值比较小,应该使桨叶更接近槽底部,或者采用带45°倾角的折叶桨,从而加强桨叶的轴向输送能力,改善混合效果.     

基于SC/Tetra的搅拌槽挡板数目优化

在搅拌设备中,挡板的存在可有效地避免内部出现大涡流现象,使搅拌效果优于普通非挡板结构的搅拌设备.应用计算流体动力学软件SC/Tetra研究了搅拌槽挡板数目对其内部流场的影响.采用控制体积法离散控制方程,利用非连续网格对搅拌槽静止区域和旋转区域之间的界面进行剖分,然后基于Simpler算法和κ-ε湍流模型对搅拌槽内部流场分析仿真.计算结果表明,挡板数目愈多,湍动能的变化愈复杂,进而内部搅拌效果愈好,分析得知实际工程中挡板数目取4或6片为宜.     

推进式搅拌混合器内湍流特性研究

利用计算流体力学湍流模型和多重参考系法对典型的推进式搅拌混合器内湍流特性进行分析,得到了混合器内时均速度和湍动能的分布特性。研究结果表明,随着半径的增大,时均速度数值先增大后降低,桨叶顶端附近的时均速度较大,与文献试验相吻合;叶轮下端排出区时均速度数值随着轴向位置的增加呈现先增大后急剧下降趋势,在叶轮以上区域沿轴向变化趋于一致;叶轮排出区湍动呈现非均匀性,同一轴向或径向位置各点湍动能最大相差7～9倍。推进式桨叶与45°三叶折叶桨相比具有较好的轴流特性和相对较远传输距离。     

双层组合桨中心及偏心搅拌三维流场的数值模拟

利用计算流体力学的方法,采用Laminar层流模型对双层六直斜叶交替组合桨在甘油与水的混合物中进行中心及偏心搅拌的三维流场进行数值计算,得到了组合桨以恒转速200r/min在搅拌槽内转动时所产生的3种不同流场结构,对比分析了速度矢量图、速度云图以及轴向、径向和周向速度分布曲线,为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了依据。     

摆动式搅拌槽内宏观流场的数值模拟

搅拌设备效率的高低在很大程度上取决于其内部流场的结构,因而对流场的研究就十分重要.采用FLUENT软件对自行设计的摆动式搅拌槽内的流场进行数值模拟,模拟时运用动网格技术来指定搅拌器的运动规律,采用标准k-ε模型对速度场进行了求解.结果表明:槽内的流场为充分发展的湍流,摆动式搅拌为径向流搅拌,桨叶上方的流动以切向剪切为主,下方以径向流为主.     

半圆管挡板搅拌槽内的湍流流场

为增强搅拌槽内流体的流动特性,设计一种半圆管形挡板,采用标准k-ε模型和多重参考系法对其内部湍流流场进行研究。通过与实验结果的比较,验证了所建模型和模拟方法的可靠性,随后对搅拌槽内的流场、速度和湍动能分布及功率消耗进行分析,并与标准搅拌槽进行对比。结果表明,半圆管挡板能提高流体速度分布的均匀程度,增大流体的轴向和切向速度以及湍动能,而且功率消耗略降低约5%,具有一定的节能功效。     

潜水搅拌器安装角度对搅拌效果的影响

研究潜水搅拌器水平安装角度对搅拌池内流场的影响,建立不同的水平安装角度,通过Fluent对潜水搅拌机的搅拌槽内流场进行三维数值模拟,得出不同方案的速度分布情况.利用UDF模块,分别计算流场中流速达到搅拌效果的有效搅拌流体体积及其占整个流场体积的百分比,通过比较,选出最优的潜水搅拌器安装方案,提出了评价潜水搅拌器效能及其安装布置优劣的新方法——有效搅拌域法,利用此方法,使潜水搅拌器的搅拌效果分析更加准确.     

偏心轴搅拌槽内的层流流场特性

针对搅拌槽内处理层流状态下高黏度流体时混合效率偏低的现象,提出一种偏心轴(轴结构为曲轴)搅拌方式。首先以纯度为99%的甘油为介质,传统的二叶平桨为研究对象,对直径0.3 m的搅拌槽内的层流流场进行数值研究。中心搅拌时速度模拟结果与试验结果对比,验证了所建模型及模拟方法的可靠性。研究发现,与中心搅拌相比,偏心搅拌和偏心轴搅拌所产生的流场结构是非对称的;相同转速下,偏心轴搅拌相比中心搅拌时流体的槽内整体的体积加权平均速度增大了约68%,功率准数比中心搅拌增加了约15.3%;偏心轴搅拌对槽内速度的提升,扩大了流体扰动范围,对提高槽内流体混合效率具有一定的优势。     

偏心轴搅拌槽内的层流流场特性

针对搅拌槽内处理层流状态下高黏度流体时混合效率偏低的现象,提出一种偏心轴(轴结构为曲轴)搅拌方式。首先以纯度为99%的甘油为介质,传统的二叶平桨为研究对象,对直径0.3 m的搅拌槽内的层流流场进行数值研究。中心搅拌时速度模拟结果与试验结果对比,验证了所建模型及模拟方法的可靠性。研究发现,与中心搅拌相比,偏心搅拌和偏心轴搅拌所产生的流场结构是非对称的;相同转速下,偏心轴搅拌相比中心搅拌时流体的槽内整体的体积加权平均速度增大了约68%,功率准数比中心搅拌增加了约15.3%;偏心轴搅拌对槽内速度的提升,扩大了流体扰动范围,对提高槽内流体混合效率具有一定的优势。     

直斜错位桨搅拌槽内流场的探究

为了进一步增强直斜错位搅拌桨的搅拌效果. 对桨叶直径Ｄ＝１６０ ｍｍ,不同桨叶间距的搅拌桨进行三维数值模拟,通过分析它们的宏观流场特征,综合速度、轴向速度、径向速度、切向速度的变化规律及死区分布规律,探究直斜错位桨的最优桨叶间距. 结果表明:当桨叶间距在3Ｄ/4-3Ｄ/4范围内,各速度分布的不均匀性较小,搅拌槽中基本无死区且流体的循环范围最广. 当桨叶间距在Ｄ/2-D范围内,高速区范围最大,且无明显变化. 当桨叶间距在3Ｄ/4-D范围内,流体的平均速率较大,当桨叶间距为3Ｄ/4时,轴向速度和径向速度较大,故搅拌效果较佳,混合效率较高. 因此,桨叶间距在3Ｄ/4-7Ｄ/8范围内可取最佳值.     

搅拌容器内氧气非均相传质过程的数值模拟

着重考察了搅拌器类型以及搅拌转速对氧气动态传质过程的影响,通过采用计算流体力学 (computational fluid dynamics,CFD) 对氧气动态传质过程进行了数值模拟,同时结合实验,对模拟结果进行了验证.结果表明,（1）采用Fluent软件并结合用户自定义方程（user defined function,UDF）能够很好地模拟出实际搅拌器内流场分布,模拟结果与采用粒子成像技术（particle image velocity,PIV）的实验测量结果相符;（2）采用氧气传质模型能预测氧气在搅拌器内的动态传质过程,同时氧气浓度与溶解时间的对数关系式能较好描述试验搅拌器内氧气动态传质过程;（3）在相同搅拌速度下,圆盘涡轮式搅拌器产生的湍流动能分布范围要大于桨式搅拌器产生的湍流动能,而且湍流动能分布更均匀,湍流强度更大.因此采用圆盘涡轮式搅拌器有利于增强氧气传质过程的进行;（4）在搅拌器类型相同时,随着转速的增加,容器内溶解氧浓度随之增加;圆盘涡轮式搅拌器比桨式搅拌容器内溶解氧的浓度要高,圆盘涡轮式搅拌器更有助于氧气的传质.