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。     

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。     

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。     

带稳定翼四斜叶-Rushton组合桨釜内转速对流场的影响

利用计算流体力学（CFD）对带稳定翼四斜叶-Rushton组合桨釜内流场进行数值模拟，分析了不同转速下釜内流型、速度场、湍动能的变化规律。研究结果表明：搅拌器转速显著影响釜内流场和湍动能的分布，转速N=110 r/min时，釜内流型为径向流，稳定翼的切割推流作用表现明显，在釜内组合桨中间区域形成了一个高速涡旋，釜内流型为最佳流型；在该转速条件下釜内低速区趋近消失，速度分布合理；此时釜内上部和釜底的湍动能分层消失，釜内流体整体湍动程度较高，混合效果明显增强。     

新型框式组合桨层间距对釜内流场特性的影响

基于计算流体动力学(CFD)中的标准k-ε模型，对新型框式组合桨在釜内的不同层间距下的流动特性进行了模拟分析，并采用粒子成像测速(PIV)技术进行了实验对比研究。研究结果表明：釜内流场以框式桨内小二折叶桨为分界形成向上向下2个循环流；层间距对釜内流动特性影响较大，当层间距从C₂=0.47H增长为C₂=0.49H时，框式桨和近轴附近区域低速区大量消失；当层间距继续增加到C₂=0.53H时，两桨之间的连接流微弱，流体流型开始变得紊乱，低速区面积急剧增大。在4种工况中，层间距C₂=0.49H时整个搅拌釜内流场特性最有利于釜内物料的混合。研究结果可为新型框式组合桨在聚酯合成工业实际工程生产中提供相关参考。     

底入式搅拌器流场的影响因素研究

通过对硫铵结晶底入式搅拌器流场的CFD数值模拟,分析了搅拌转速、搅拌桨半径对高效轴流式搅拌器流场的影响。研究表明,搅拌转速对搅拌釜内流场的分布形式影响较小,随着转速的增加,流量和功率随之增加,近似呈线性规律分布,搅拌器内流体具有较好的循环性能;随着搅拌半径的增大,搅拌器内速度分布逐渐均匀,搅拌桨对流体的剪切性能较好。     

两层桨搅拌釜内混合过程的新二维单元串联模型

在直径为 1 86mm的立式搅拌釜内 ,利用热电偶—温差法测量了两层组合桨搅拌釜内的液相混合时间 ,试验中采用的搅拌桨有直叶圆盘涡轮和斜叶涡轮 (上推式斜叶涡轮 PTU和下压式斜叶涡轮 PTD) ;根据激光多谱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桨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。     

改进型三斜叶-Rushton组合桨槽内流场特性研究

为将改进型三斜叶-Rushton组合桨高效应用于实际工程,通过计算流体动力学(CFD)对装配改进型三斜叶-Rushton组合桨搅拌槽内的流场进行了模拟研究,与三斜叶-Rushton组合桨进行了对比;并通过粒子图像测速(PIV)技术研究该组合桨槽内搅拌转速n、桨叶间距C2及离底距离C1的变化对流场产生的影响.结果表明当转...     

氨碱法蒸馏系统300 m3预灰桶搅拌桨流场数值模拟分析

氨气蒸馏是氨碱法生产纯碱的重要工序，其中预处理设备预灰桶的搅拌混合效果会直接影响蒸氨效率。因此，系统研究预灰桶内的流场分布，对纯碱工业的发展具有一定现实意义。基于流体力学对预灰桶内流体流动情况进行了计算，分析了工业常用吊链式搅拌桨预灰桶内流场分布。吊链式搅拌中流体以切向流为主，混合效果差。进一步对预灰桶搅拌桨叶进行了选型，分析了斜叶桨、六斜叶圆盘涡轮桨和六直叶圆盘涡轮桨3种桨型以及不同搅拌层数的流场分布，结果表明双层六斜叶圆盘涡轮桨混合效果最好。研究结果对氨碱法制碱工业中预灰桶搅拌设备的选型和设计提供了参考。     

四叶片倾斜涡轮结晶器内流场和浓度场模拟

利用计算流体动力学(CFD)方法计算了四叶片倾斜涡轮结晶器内流体混合过程的流动场和浓度场,考察了搅拌桨在不同位置对搅拌混合流场及混合时间的影响,并结合电导率实验对模拟结果进行了验证.结果表明:当搅拌桨离底高度为液体高度的1/3时,结晶器内流场分布比较均匀,混合时间较短,适合工业上底部进料的结晶器.     

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。     

同轴异速桨在丙烯淤浆反应釜中的流场研究

针对丙烯聚合反应过程,设计了一种同轴异速桨,基于CFD对反应过程进行了数值模拟。建立12 m~3反应釜模型,采用多重参考系方法MRF、Mixture多相流模型、标准k-ε湍流模型模拟搅拌过程,获得了反应3个阶段釜内流体的速度场及浓度场。结果表明:同轴异速桨可以使釜内流体轴向和径向都有着很好的交换;其在反应的各个阶段都能使流体得到很好的混合;桨的转速对混合效果有着较大的影响,随着反应的进行,应逐渐增加折叶桨转速。     

径向流涡轮桨搅拌槽内流动场的数值模拟

采用计算机辅助工程软件ANSYS10.0中的FLOTRAN CFD模块,对单层径向流涡轮桨搅拌槽内的流动场进行了数值模拟.研究了涡轮形式、涡轮安装位置、涡轮尺寸对流场的影响.结果表明:当搅拌转速较低时采用六直叶涡轮,而转速较高时采用六平叶圆盘涡轮较为合理;当D=(1/3、1/2)T、C=(3/10～4/10)T时,流场分布均匀,平均流速较高,介质表面速度分布合理,视为最佳直径与安装高度.应用本文所述方法可优化搅拌设备的设计.     

不同桨型组合淤浆聚合釜内固液悬浮特性研究

针对高密度聚乙烯搅拌式聚合釜物料体系,利用三叶后掠式搅拌桨HQ、抛物线圆盘涡轮式搅拌桨BTD、三宽叶旋桨式搅拌桨KHX、桨叶安放角δ分别为45°和75°的斜叶圆盘涡轮式搅拌桨ZY和平直叶圆盘涡轮式搅拌桨PY构成四种桨型组合,在直径T=480 mm的圆柱形有机玻璃搅拌槽内进行了固液悬浮实验。基于计算流体力学软件Ansys Fluent 2020R2,采用多重参考系法以及欧拉-欧拉多相流模型,研究了各桨型组合在30.71%固含率下的流场和固液悬浮状态。研究结果表明,转速小于250 r/min时,桨型组合2和3在搅拌槽内顶部会形成清液层;桨型组合1和4能在更低转速和更低功率的情况下达到物料的均匀混合状态,且桨型组合4比桨型组合1的功率消耗降低约30%,具有高效节能的效果。模拟获得的固含率分布趋势与实验所测数值吻合较好。模拟的流场表明桨型组合4和1的流型相似,可以有效避免桨型组合2和3在低转速下出现的清液层。     

带稳定翼四斜叶-Rushton组合桨搅拌釜内传热性能

基于计算流体力学（CFD）模拟与传热实验相结合的方法，对带稳定翼四斜叶-Rushton组合桨在内加热盘管搅拌釜的传热性能进行研究，获得搅拌釜内的流场分布、温度分布、温度边界层和盘管外侧的努塞尔数。研究表明，实验与数值模拟的温度误差在4K以内。搅拌釜内高温区位于盘管处循环大涡流区，釜内最大温差保持在3K以内。稳定翼可提高流体轴向循环性能，能够使搅拌釜内温度分布更加均匀。内盘管外侧XZ平面和YZ平面的平均温度边界层厚度分别为3.01mm和2.70mm。通过实验与数值模拟方法得到不同因素对内盘管外侧努塞尔数的影响，其顺序为：搅拌介质黏度>搅拌转速>桨叶间距>离底距离，实验与模拟的努塞尔数最大误差为14.56%，最小误差为4.23%，实验结果很好地验证了数值模拟的可行性。研究结果可为带稳定翼四斜叶-Rushton组合桨应用于实际工业中提供参考。     

刚-柔组合搅拌桨强化流体混沌混合

合理设计搅拌反应器的桨叶,强化流体流动与混合行为,是实现流体高效、节能混合的重要手段。柔性体与刚性体组合,可设计出具有多体运动行为的刚-柔组合搅拌桨。结合PIV流场观测和CFD模拟,对比分析了刚性桨和刚-柔组合桨对流场结构及流体混沌混合行为的影响。结果表明,与刚性搅拌桨相比,刚-柔组合桨的柔性端强化能量传递,流体流速衰减速率降低25%,有利于搅拌桨输入能量在流场结构内的有效分配。传统刚性六凹叶和六直叶涡轮桨搅拌反应器内流体形成的流线结构具有明显的周期吸引子,其时均流场的分形维数分别为1.9046和1.9138。刚-柔组合六直叶涡轮桨搅拌反应器内流体流线呈明显的准周期性吸引子性质,其流场分形维数为1.9337,而刚-柔组合六凹叶涡轮桨搅拌反应器内流体流线具有典型的混沌吸引子性质,其流场分形维数为1.9545。刚-柔组合搅拌桨可改变流体流线的吸引子来调控流场的多尺度结构,强化流体混沌混合,实现高效节能操作。     

刚-柔组合搅拌桨强化流体混沌混合

合理设计搅拌反应器的桨叶,强化流体流动与混合行为,是实现流体高效、节能混合的重要手段。柔性体与刚性体组合,可设计出具有多体运动行为的刚-柔组合搅拌桨。结合PIV流场观测和CFD模拟,对比分析了刚性桨和刚-柔组合桨对流场结构及流体混沌混合行为的影响。结果表明,与刚性搅拌桨相比,刚-柔组合桨的柔性端强化能量传递,流体流速衰减速率降低25%,有利于搅拌桨输入能量在流场结构内的有效分配。传统刚性六凹叶和六直叶涡轮桨搅拌反应器内流体形成的流线结构具有明显的周期吸引子,其时均流场的分形维数分别为1.9046和1.9138。刚-柔组合六直叶涡轮桨搅拌反应器内流体流线呈明显的准周期性吸引子性质,其流场分形维数为1.9337,而刚-柔组合六凹叶涡轮桨搅拌反应器内流体流线具有典型的混沌吸引子性质,其流场分形维数为1.9545。刚-柔组合搅拌桨可改变流体流线的吸引子来调控流场的多尺度结构,强化流体混沌混合,实现高效节能操作。     

改进型INTER-MIG搅拌槽内固液悬浮特性的数值模拟

应用CFD软件Fluent 12.0和并行计算机工作站对双层改进型INTER-MIG桨式搅拌槽内的固液悬浮特性、临界离底悬浮转速及功率消耗进行数值模拟,分析了在固体体积分数as=30%下,转速n、桨叶离底距离C1和桨间距C2等因素对搅拌槽内颗粒悬浮特性的影响. 结果表明,在一定的转速和桨径下,改变C1和C2会改变流场的局部结构,选取适合的C1和C2可使固液混合更均匀,有利于颗粒悬浮和整个搅拌槽传质传热的进行. 最佳桨叶离底高度与槽径比为0.36,最佳桨叶间距与槽径比为0.44;在该最佳工况下临界离底悬浮转速Njs=118.3 r/min;得到既能达到完全离底悬浮、又能使搅拌功耗最小的最佳转速为n=124 r/min.     

不同流场状态对球形氢氧化镍生长粒度的影响

在相同的搅拌桨线速度、晶化时间、化学条件下,采用化学沉淀法分别应用八斜叶涡轮圆盘桨、推进式螺旋桨、Intermig桨分别制备球形氢氧化镍晶体。采用SEM技术考察各个样品的微观形貌,并结合PIV物理模拟技术分析不同桨型状态下反应器内的流场特性,研究表明:采用八斜叶涡轮圆盘桨是样品的球形度最佳,采用Intermig桨时样品的粒度d0.5最大。讨论了不同桨型对球形氢氧化镍晶体松装密度的影响。