大规模地形场景流式渐进传输

着重考察了搅拌器类型以及搅拌转数对氧气动态传质过程的影响.采用计算流体力学(CFD) 对氧气动态传质过程进行了数值模拟,并结合实验以及粒子成像技术（PIV）对模拟结果进行了验证.结果表明,采用Fluent软件并结合用户自定义方程（UDF）能够很好地模拟实际搅拌器内的流场分布.采用氧气传质模型能够预测氧气在搅拌器内的动态传质过程.氧气浓度与溶解时间的对数关系式较好地描述了试验搅拌器内氧气的动态传质过程.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大于浆式搅拌器产生的湍流动能分布范围,而且湍流动能分布更加均匀,湍流强度更大.采用圆盘涡轮式搅拌器有利于增强氧气传质过程.圆盘涡轮式搅拌器比浆式搅拌器的溶解氧浓度高.当搅拌器类型相同时,随着转速的增加,溶解氧浓度增加.     

圆盘涡轮式搅拌槽的数值模拟

用计算流体力学软件FLUENT6.2,多重参考系法对圆盘涡轮式搅拌槽在不同转速下的流动进行了整体数值模拟.采用标准k-ε湍流模型成功模拟了搅拌槽内的流动分布,考察不同搅拌转速和不同计算方法下搅拌桨的功率准数.给出搅拌槽内速度分布和湍流动能分布图.为该领域研究者提供指导.     

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.     

搅拌器内部二维流场数值模拟

采用FLUENT软件对搅拌器内部流动情况进行了二维数值模拟,研究了不同桨叶直径、桨叶转速和桨叶数对搅拌器内部流场的影响.结果显示:在同一工况下,桨叶直径为600 mm的搅拌效果比桨叶直径为400 mm和500 mm的搅拌效果好;桨叶转速为6rad/s的搅拌效果比桨叶转速为2rad/s和4rad/s转速效果好;八叶桨式搅拌器的搅拌效果较四叶桨式搅拌器和六叶桨式搅拌器稍好.模拟证实搅拌器桨叶直径、桨叶转速和桨叶数的增加有利于搅拌的混合均匀,但桨叶直径和桨叶数的增加使得搅拌器桨叶加工复杂,生产成本提高;桨叶转速也受制于搅拌器和搅拌轴的结构尺寸,不能无限增大.所以需要综合考虑各种因素的影响,才能选出最合适最经济的桨叶直径、转速和桨叶数.     

磷酸陈化槽两相流搅拌的数值模拟

为建立相对精确的磷酸陈化槽的固-液两相混合过程数值模拟的方法,指导此类搅拌器的设计并优选搅拌结构,使用计算流体力学软件FLUENT对磷酸陈化槽内的固体颗粒与液体的搅拌混合过程进行了三维数值模拟,根据Zwietering的关联式得出搅拌临界转速,利用多相流模型中的欧拉模型来解决悬浮液中的固体颗粒沉降问题,采用多重参考系法(MRF),选用标准κ-ε湍流模式,模拟出平底磷酸陈化槽中液体的流动情况和体积分数的分布、分析垂直面内和水平面内液相的流场分布规律、固相颗粒体积分数特点,并探讨了产生这种情况的原因.模拟结果表明PBT搅拌桨所产生的轴向流流型比较适合固-液搅拌操作.     

穿流型搅拌器结构参数优化

在特定搅拌槽条件下,针对穿流式斜叶桨式搅拌器,在常用的最高转速300 r/min以内,就开孔位置、开孔率、开孔直径等结构参数进行了数值模拟.将搅拌器以及附近区域都设为动区域进行模型简化处理,基于四面体网格对模型进行网格划分,采用多重参考系稳态处理法,选用标准k-ε湍流模型求解搅拌流场.引入搅拌系数K,从混合效果和功率消耗两方面综合评价搅拌器的优劣.搅拌功率实验和分布时间实验较好地验证了数值模拟的结论.研究表明,相较于传统搅拌桨,穿流式搅拌桨因能强化涡流扩散、减小桨叶投影面,可获得更好的混合效果和更低的功耗,且随着搅拌转速的增大,功耗降低的越明显;搅拌功率和混合时间随开孔率和开孔直径而变化,当开孔率为12%左右、开孔直径为8 mm左右时,搅拌功率和混合时间最小,最为优化.     

生物反应器内搅拌器的优化设计

简述了生物搅拌器的桨叶型式,利用计算流体力学软件对发酵罐内的流场进行了数值模拟.针对某抗菌素厂发酵罐t直径D=3 800 mm,液位高度H=8 600 mm,均布4块挡板,转速n=110 r/min,上层搅拌器为三层A315搅拌器,原底桨使用Rushton涡轮搅拌器,现改用六叶涡轮搅拌器,对其流场进行了模拟分析比较,结果显示后者有利于罐内发酵液的物质交换,搅拌效果得到改善.     

大三角形搅拌器泵混机理

采用多普勒激光和局部静压测试装置，对文题进行了试验，并与涡轮搅拌器进行比较。试验发现，大三角形搅拌器较涡轮搅拌器具有较高的局部速度和均匀的速度分布及局部湍流强度大的优点。大三角形桨分散液滴主要靠湍流流动而不是由桨叶直接剪切分散，因此，在搅拌器周围可避免生产过细液滴，消耗较低功率就能获得均匀的液沆及分布，同时，该搅拌器优越的泵送能力和大体积流的抽吸力，通过总抽吸头的测量亦被证实。     

双层格栅桨搅拌容器内气液两相混合

为了提高搅拌容器内的气液混合效果, 在标准Rushton桨的基础上, 用格栅圆盘代替实体圆盘, 设计一种格栅搅拌桨。采用计算流体力学的方法, 研究双层格栅桨的气液混合性能, 并与标准Rushton桨进行了对比。研究结果表明: 在所研究的工况条件下, 双层格栅桨搅拌容器内的流型仍为典型的双循环流动结构, 但搅拌桨附近流体的轴向速度和泵送能力得到了提高, 改善了搅拌桨附近、上下两层桨之间以及搅拌容器上方区域内气体的分散状态。就搅拌功率而言, 双层格栅桨通气前的功率准数比标准Rushton桨约低5%, 具有一定的节能效应; 通气后双层格栅桨的相对功率需求约大8%, 气液混合效率略高。     

新型内外组合桨搅拌湍流场的PIV测量和CFD模拟

利用PIV和CFD技术研究了湍流域内带有新型内外组合桨的搅拌设备内的流场。考察了不同转速比条件下,该搅拌桨产生的宏观流动场和湍动能分布。结果表明:在湍流域内,外桨搅拌行为的介入使得搅拌设备内流场的局部细节发生变化,但宏观流场结构不变。新型内外组合搅拌桨改善了搅拌罐内,尤其是罐体边壁区、罐底以及两内桨中间区域液体的湍动程度。当转速比较低时,有利于快速反应中介质的快速混合。     

气升式反应器中加装内构件对传递性能的影响

测定和分析了高粘度非牛顿流体在具有静态混合器或机械搅拌的内循环气升式反应器的流体力学性能。结果显示静态混合降低了流体循环速度ＵＬ,增加混合时间Ｔｍ与平均气含率。机械搅拌仍能强化其传递性能。针对有、无静态混合器情况,分别将气含率地表观气速、机械搅拌功能、非牛顿流体浓度作了关联和讨论。     

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。     

促进水合物生成传质过程实验研究

研究在纯水(静态)、纯水(搅拌)、三种表面活性剂溶液(静态)和表面活性剂溶液(搅拌)体系下,水合物生成速率及储气量变化,并从传质角度进行理论分析。结果表明,纯水搅拌体系可有效提高水合物生成速率,但相比静态及搅拌表面活性剂溶液体系,对储气量改善不明显;表面活性剂能够促进水合物生成,这与其双亲性及能在金属表面发生吸附有关,随着表面活性剂HLB值增大,水合物生成速率提高,储气量降低;在表面活性剂溶液中添加搅拌可进一步提高水合物生成速率。     

液体黏度对旋流泵性能和流动的影响

采用计算流体力学方法研究比转速为76的定型产品32WB8-12型电机直联旋流泵输送水和不同黏度黏油时的水力性能和内部流动,分析液体黏度对性能曲线、泵水力损失、泵腔内部液体平均旋转角速度的变化,给出3个工况下流量、扬程、效率和叶轮圆盘摩擦损失修正系数与叶轮雷诺数的定量关系式,并与离心泵输送黏油试验数据和现有修正系数换算方法进行详细对比。结果表明:与离心泵相比,旋流泵的叶轮圆盘摩擦损失占轴功率的百分比最多为5%,属低叶轮圆盘摩擦损失泵;液体黏度对流量和效率修正系数影响较小,对扬程修正修正系数影响较大;当叶轮雷诺数不低于1×104时,旋流泵可维持较佳水力性能,适合输送黏度较高的液体;泵腔内存在环流涡,其位置和大小、液体平均角速度大小同黏度有关。     

Numerical investigation of radial inflow in the impeller rear cavity with and without baffle

In typical small engines, the cooling air for high pressure turbine(HPT) in a gas turbine engine is commonly bled off from the main flow at the tip of the centrifugal impeller. The pressurized air flow is drawn radially inwards through the impeller rear cavity. The centripetal air flow creates a strong vortex because of high inlet tangential velocity, which results in significant pressure losses. This not only restricts the mass flow rate, but also reduces the cooling air pressure for down-stream hot components. The present study is devoted to the numerical modeling of flow in an impeller rear cavity. The simulations are carried out with axisymmetric and 3-D sector models for various inlet swirl ratio β_0(0–0.6), turbulent flow parameter lT(0.028–0.280) with and without baffle. The baffle is a thin plate attached to the stationary wall of the cavity, and is proved to be useful in reducing the pressure loss of centripetal flow in the impeller rear cavity in the current paper. Further flow details in impeller rear cavity with and without baffle are displayed using CFD techniques. The CFD results show that for any specified geometry, the outlet pressure coefficient of impeller rear cavity with or without baffle depends only on the inlet swirl ratio and turbulent flow parameter. Meanwhile, the outlet pressure coefficient of the cavity with baffle is indeed smaller than that of cavity without baffle, especially for the cases with high inlet swirl ratio. The suppression of the effect of centrifugal pumping and the mixing beween the main air which is downstream of the baffle and the recirculating flow of the vortex in the stationary cavity, which are caused by the use of baffle, are the underlying reasons that lead to the reduction of outlet pressure loss.     

固态发酵反应器流场数值分析及搅拌参数优选

为研究厨余垃圾固态发酵反应器中机械搅拌装置的搅拌流场特性及优选机械搅拌设计参数,采用计算流体力学技术(CFD)方法模拟5种机械搅拌桨型的混合流场,并对搅拌桨的桨径比、转速等参数通过搅拌功率、混合时间、混合能和死区百分比等指标进行定量分析.模拟结果表明:二折叶搅拌桨、六折叶涡轮搅拌桨死区百分比大,对物料扰动范围小,不能有效进行混合;双螺带搅拌桨死区百分比最小,对物料扰动范围最大,搅拌功率也最大.对于双螺带搅拌桨桨径,物料死区随桨径比的增加而减小,当桨径比增大至0.75后不再减小,而搅拌功率随桨径比增大而一直增大.对于双螺带搅拌桨,随着转速增加,搅拌功率呈直线式增加,混合时间以抛物线式降低,混合能逐渐增加.综合考虑混合效果和搅拌功耗,转速为20 r/min、桨径比为0.75的双螺带搅拌桨是本研究反应器中的最佳搅拌设计.     

穿流型搅拌器开孔位置的数值模拟

为进一步降低能耗,确定开孔位置对穿流型搅拌器的搅拌效果的影响,在相同的开孔尺寸及开孔率条件下,对八种不同开孔位置的穿流型搅拌器的搅拌流场和功率特性在液一液相条件下对相应搅拌进行了数值模拟．模拟过程中,开孔位置分为近端、中间和远端三种类型,均匀分布在对应的位置;整个搅拌釜分为动静区域,将搅拌轴、搅拌器及其周边区域都设为动区域,剩余区域为静区域进行模型简化处理,基于四面体网格对模型进行网格划分,选用标准k—e湍流模型,采用多重参考系模型求解稳态下的搅拌流场．根据模拟结果及相关数据得出,穿流型搅拌器与普通搅拌器比较,可在更低的功耗下获得更大的速度梯度和更明显的涡流效应,有效强化搅拌;开孔位置在远端的穿流型搅拌器在相同转速下扭矩最小,功耗最低;开孔位置离搅拌轴越远,功耗下降越明显,且在一定转速范围内,搅拌转速越高,效果越明显．     

大型管式加热炉燃烧传热CFD数值模拟

为了研究大型管式加热炉内部流动、传热和传质情况,采用计算流体力学的方法对石化行业中广泛应用的大型加热炉炉膛内部进行了数值模拟,用标准的k-ε湍流模型描述烟气湍流情况,非绝热的简化PDF燃烧模型计算了燃烧情况,离散坐标辐射传热模型对炉膛内辐射传热状况进行模拟。计算结果和工业运行数据吻合较好,模拟计算结果为大型加热炉优化设计提供了理论指导。     

移动床生物膜反应器中的氧传质性能

为提高移动床生物膜反应器中氧传质效率,利用动态溶氧法测定曝气量(0.84～4.2m3/h)、填料填充率(0～30%)、反应器高度(0～0.5m)、溶液中添加表面活性剂十二烷基硫酸钠和电解质NaCl等因素对氧传质系数的影响,结果表明随着曝气量的增大,氧传质系数从0.002 5/s增加到0.066/s,填料固含率在10%时氧传质效果最好;反应器高度主要影响气泡的压力进而影响气液接触面积,随着气泡的上升,氧传质系数从0.011逐渐降低为0.009 6/s;表面活性剂在0～0.015g/L浓度范围内氧传质系数逐渐降低;NaCl通过改变气泡表面的ζ电势和表面张力进而影响氧传质效果,在0～20g/L范围内,氧传质系数随着NaCl浓度的增大而增大.     

涡轮桨变速搅拌槽内湍流混合的实验研究

以NaCl颗粒在水中的溶解为例,对湍流状态下周期性变速旋转的（改变桨叶转向或速度大小,分别称为周期性换向搅拌和周期性依时搅拌）Rushton桨搅拌槽内的混合特性进行了实验研究,并与稳速搅拌进行了对比。实验过程中测量了不同搅拌模式、不同桨叶安装高度时颗粒的溶解时间,结果证明,搅拌槽底部的流型对NaCl的溶解有重要影响;桨叶安装高度对溶解速度的影响不大,周期性依时搅拌时的溶解时间比稳速搅拌时稍短,而周期性换向搅拌则能明显加快溶解速度,提高混合效率。