轴流式翼型桨的流动分析

采用激光多普勤测速仪,对水、甘油和羧甲基纤维素（ＣＭＣ）三种介质中带有轴流式翼型桨的搅拌釜内的流场进行测定。并就流型转变、剪切速率、表观粘度分布和泵送能力进行了详细的研究和分析。结果表明,搅拌釜内流型仅随雷诺数和桨叶结构变化;剪切速率及表观粘度在全釜分布相当不均匀,在研究范围内,剪切速率相差５０倍,表观粘度为４．５倍;对粘稠物系,翼型桨泵送能力有所下降,并随雷诺数的减小而减小。     

气液两相机械搅拌釜中翼型组合桨持气特性

研究了机械搅拌釜中翼型组合桨的组合方式、桨间距、通气位置及翼型桨的排出流方向对气含率的影响。在单位体积功率消耗相同的情况下,采用以翼型k5桨为下层桨、较低的通气位置及较大的桨间距为搅拌釜的几何结构,并采用翼型桨的排出流方向向上的搅拌方式,可以提高搅拌釜的气含率。给出了气含率与单位体积功耗和表面气速的关联式。     

双层翼型桨搅拌槽内流动特性的PIV研究

在直径0.476 m的搅拌槽内,采用粒子图像测速技术对双层三叶CBY翼型桨搅拌槽内的流场进行了研究,考察了层间距、浸没深度和离底高度等参数对流场分布的影响. 结果表明,层间距H2≤0.6T(T为搅拌槽直径)时,槽内可形成整体的轴向循环流动,H2≥0.7T时槽内将产生分区流动现象. 浸没深度对桨叶排出流区域的速度影响很小. 降低下层桨的离底高度能加强下层桨的径向流动,并增大上层桨叶轮区和循环区流体的轴向流动.     

用LDA研究搅拌釜内的流场

利用ＤＡＮＴＥＣ二维激光多谱勒测速仪对ＤＴ叶轮和ＰＴＵ叶轮的搅拌槽进行了流场测试，获得了不同几何参数的叶轮在不同工况下的二维时均速度场和湍流强度场，尤其是ＰＴＵ浆的内锥边界。为进一步研究搅拌器的流动特性、开发新型桨叶叶轮提供了可靠的实验依据。     

组合桨聚合釜内非牛顿流体的混合特性

在φ476mm的椭圆底有机玻璃聚合釜中,以羧甲基纤维素-甘油水溶液(前者质量分数为1.3％)为实验物系。利用酸碱中和法测定了9种不同的搅拌桨直径与聚合釜直径比接近于1的组合搅拌桨沿聚合釜轴向及径向的混合特性。结果表明：内外螺带-锚式组合桨的轴向混合最强,但径向混合较差。框板式搅拌桨的轴向混合较内外螺带-锚式组合桨弱,但比改进偏框式桨强,其径向混合较后者弱。改进偏框桨的7种不同组合方式沿径向的混合良好,多数组合桨沿轴向的混合较前2种组合桨弱,更接近于平推流。     

非标准釜中双层桨的搅拌功率和气含率

在装有单层或双层蛇管换热器的搅拌釜中，分别以六直叶圆盘涡轮（ＤＴ）、四叶（４５°）折叶桨（４ＩＢＴ）或六叶（４５°）折叶桨（６ＩＢＴ）为上层桨，ＤＴ为下层桨，测定了不同双层桨的搅拌功率和气含率。结果表明，搅拌功率随蛇管层数、液位高度和桨间距的增加而增大，但气含率随液位的上升而下降。在装有双层蛇管换热器的搅拌釜中，ＤＴ与６ＩＢＴ双层桨的通气搅拌功率Ｐａ和气含率α的关联式为Ｐａ＝２．４９（Ｐ０２ＮＤ３／ＱＧ（０．５６））（０．３７）及α＝０．０２９Ｐ＿ｖ￣（０．４８）ｕ＿ｓ￣（０．４７）。     

刮壁搅拌桨在槽式釜中的功率损耗

研究了浮动式刮壁桨在槽式釜中流体的粘度，刮壁材料，刮板端角，刮板厚度以及搅拌雷诺数，刮板宽度，刮壁角度，刮壁高度对搅拌功率损耗的影响，发现：搅拌雷诺数，刮板宽度，刮壁高度和刮壁角对搅拌功耗有明显的影响，在一定条件下其他因素则对功耗的影响很小，得到刮壁功耗的经验关联式为Ｎｐ＝（１５６２／Ｒｅ＾０．９７７）（Ｗ／Ｄ）ｃｏｓα）＾０．３５３（ｎＬ／Ｄ），式中Ｒｅ=１～３００。     

刮壁桨在槽式釜中的流型研究

用示踪粒子照相法，对浮动刮壁桨多种刮板形式的粘性流流型进行了研究。采用峰高和峰宽两个量来描述刮板附近流线的形态，认为可利用峰高和峰宽值来判断不同刮板形式的传热性能。对照传热曲线得出：Ｒｅ小于２５时，应以峰高值来判别传热效果；Ｒｅ大于２５时，应以峰宽值作为判别传热效果的标准。并从多种刮板形式中挑选出带水平尾板的刮板，其传热效率最高。     

应用三维PDA研究多层桨在搅拌过渡区的流场

在直径为0.5ｍ的搅拌釜内,应用三维激光颗粒动态分析仪（简称PDA）测定了多层搅拌桨在搅拌过渡流区的三维流场．研究了不同的桨叶安放角、桨径、桨层间距、雷诺数及不同桨型对流场的影响规律,为在过渡流区操作的多层搅拌反应器的优化设计提供参考．     

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。     

涡轮桨搅拌槽内单循环流动特性的大涡模拟

利用大涡模拟方法研究了涡轮桨搅拌槽内的单循环流动特性,采用Smagorinsky-Lilly动力亚格子模式,与文献实验及模拟数据进行了详细的比较. 结果表明,叶片后方的双尾涡偏向槽底运动,上尾涡在30o处已开始衰减. 800000个非均匀分布的计算网格和30个桨叶旋转周期的样本数据统计可获得准确的大涡模拟数据. 时均速度、均方根速度和湍流动能的大涡模拟值与实验数据一致,而k-e模型的模拟值与实验不符. 桨叶区呈现较强的各向异性,这是导致k-e模型预测不准确的主要原因. 对于搅拌槽内的复杂流动,大涡模拟方法是一个非常有效的工具.     

不同组合桨搅拌槽内非牛顿流体的微观混合特性

在直径0.282 m的搅拌槽内,以羟乙基纤维素(HEC)水溶液为工作体系,以磷酸盐?碘化物?碘酸盐平行竞争反应为模型反应,比较了非牛顿流体体系中向心桨、Rushton桨、三斜叶桨的功率准数,考察了加料时间、桨型及双层桨组合对微观混合效果的影响。结果表明,随功率增大,功率准数基本不变,Rushton桨功率准数最大,是向心桨的两倍、斜叶桨的四倍。随加料时间增大,离集指数先减小后不变。在实验考察范围内,单位体积功耗相等的情况下,单层桨微观混合效果的顺序为Rushton桨?向心桨?斜叶桨,双层桨中高剪切的Rushton桨与强循环的斜叶桨组合的微观混合效率最高。     

一种计算搅拌槽混合时间的新方法

基于对混合时间定义的思考,提出了一种新的定义方法,在湍流流场数值计算的基础上通过求解示踪剂的浓度输运方程,研究了单层涡轮桨搅拌槽内的混合过程。结果表明：搅拌转速和搅拌桨安装位置都影响混合时间的大小,而进料位置对混合时间的影响不大。对于不同的搅拌转速而言,随搅拌转速的增大,相同体积分数对应的混合时间逐渐减小。当搅拌桨安装在槽中间位置时所对应的混合时间最小。利用适宜的尺寸和安装位置的导流筒可有效降低混合时间。     

Power and mean flow characteristics in mixing vessels agitated by hyperboloid stirrers

The mean flow and energy consumption in vessels powered by hyperboloid stirrers was investigated. The Newton number followed an inverse linear law for Reynolds numbers below approximately 200, which had values more than twice higher the corresponding Newton number for a standard Rushton turbine. At high Reynolds number flows the Power number varied between 0.5 for a D/T = 0.78 impeller to 0.95 for a D/T = 0.24 impeller, as compared to a value of 5 for the standard Rushton stirrer, and to values of 0.31 and 1.58 for the Chemineer and Prochern hydrofoils. The power consumption did not change with the fluid height and was double for the double-stack configuration. The shear ribs below the impeller were the main contributor to the increased energy loss relative to a non-shear ribbed impeller and the small clearance had no major effect upon the power consumption. For the D/T= 1/3 hyperboloid stirrer the flow in the whole tank was rather gentle, defining a circulation number of 0.57, thus leading to a circulation efficiency more than 7 times lower than that of the hydrofoils.     

一种新型搅拌桨多相混合性能研究

提出了一种新构型的搅拌桨一错位桨,并以空气-水-石英砂三相体系为研究对象,与传统的径流桨(Rushton桨)和轴流桨(斜叶桨)在功率消耗、混合时间、气体循环方面进行了比较.结果表明,错位桨相对于传统Rushton桨,功率消耗降低.适应气速范围广,轴向混合能力明显提升;在同等条件下与斜叶浆相比,气体分散能力强,混合时间少.这种新型桨能克服径向流叶轮在轴向混合方面能力的缺陷,有较好的潜在工业应用价值.     

搅拌槽内三相流场混合时间的测定及模拟研究

混合时时间是评定搅拌设设备混合效率的重重要指标,为了了检测带有挡板和和导流筒的搅拌槽槽内液-固-固三相相流场的混合时时间,以甘油溶液液为液相,砂子和和赤泥为固相建立立了流场体系,采采用电导法测量体体系的混合时间。并对流场进行行了计算流体动力力学(CFD)模拟研研究,CFD模型采用基于欧拉多多相流模型和RNNGκ-ε湍流模型。流场混合时间间模拟结果与实验验结果的偏差较小小,说明该CFDD数学模型能很很好地预测流场的的混合时间。体系系的混合时间随随搅拌转速的增大大而减小,当流场场的轴向混合占主主导地位时,增设设导流筒可减小小流场的混合时间间。导流筒对于粒粒径和密度较小的的固体影响较大。。     

翼形桨搅拌槽内混合过程的数值模拟

采用FLUENT软件的多重参考系(MRF)及标准k-ε模型,将速度场与浓度场方程分开进行求解,对单层轴流式三叶CBY翼形桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟,所得的混合时间的模拟结果与实验值相吻合。同时采用数值模拟的方法研究了不同的示踪剂加料点、监测点位置及操作条件对混合时间的影响规律;模拟结果表明,混合过程主要由搅拌槽内的流体流动所控制,混合时间与示踪剂加料点及监测点位置密切相关。上述的研究结果对于工业搅拌反应器的优化具有一定的参考意义。     

Oxygen absorption in a baffled tank agitated by delta paddle impeller

The power consumption and the volume-based mass transfer coefficient (k_la) for oxygen uptake from air into water have been measured for delta paddle impellers (10 cm and 20 cm diameter) in water in a 30 cm square sectioned baffled tank. Power consumption under ungassed conditions was measured in viscous mineral oil. For the 20 cm impeller, the effects of minor design modifications, such as sweeping the blade forward or back, have also been examined. The power numbers are approximately 2.0 in the absence of sparged gas, but are reduced by over 50% when gas is supplied beneath the impeller. Mass transfer data can be correlated with the power input per unit volume and the superficial gas velocity, showing that the performance with aeration of water is comparable to that reported by previous workers for the Rushton turbine impeller.     

高固含搅拌槽内临界离底悬浮转速的数值模拟

使用计算流体软件CFX5.5.1对固液搅拌槽内颗粒的临界离底悬浮转速进行了数值模拟. 搅拌槽直径D=0.476 m,搅拌桨为三叶CBY螺旋桨. 桨叶安装高度h=D/3. 固液两相为玻璃珠-水,固体体积浓度为15%~50%. 对临界离底悬浮的速度判据进行了修正,并利用浓度判据与修正的速度判据得到颗粒临界离底悬浮转速Njs,模拟计算结果与实验数据的误差在工业允许的范围内. 同时,对临界离底悬浮状态槽底部不同浓度下的流体湍流动能的分布情况以及大小进行了预测,并对2种固体临界离底悬浮机理进行了验证.