双层涡轮桨搅拌反应器内混合时间的大涡模拟

采用计算流体力学(CFD)方法对直径为0.476m双层涡轮桨搅拌反应器内的流动及混合进行了数值模拟,并实验测试了混合过程。利用大涡模拟(LES)及Smagorinsky-Lilly亚格子模型求解湍流流动与示踪剂传递过程,桨叶区域采用滑移网格技术。研究结果表明,大涡模拟得到的示踪剂响应曲线和混合时间与实验结果吻合良好,其预测精度明显优于基于雷诺平均(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)的标准k-ε模型的模拟结果。大涡模拟是研究搅拌反应器内非稳态及周期性湍流流动的有效方法。     

板坯连铸结晶器内流场数值模拟

利用FLUENT软件对1300 mm′230 mm的板坯结晶器建立了三维稳态数学模型,以流体表面流速和射流冲击深度作为主要参考指标,研究了水口的特性及拉速、水口浸入深度对该水口作用下结晶器内流场的影响. 结果表明,A水口作用下具有表面流速大,射流冲击深度小,液面波动大,卷渣的可能性大等特点,且随拉速的增加而逐渐增大;随拉速的增加,结晶器内最大表面流速以0.06 m/s的幅度逐渐增大,射流冲击深度呈减小趋势,在150, 170和190 mm浸入深度下,结晶器液面表面流速最大值分别为0.599, 0.518和0.465 m/s,射流冲击深度分别为385, 410和420 mm,随水口浸入深度的增加,结晶器内表面流速逐渐减小,射流冲击深度逐渐增加;在实际生产过程中,使用A水口时应适当降低拉速、增大水口浸入深度;在高拉速的情况下,需用平行水口替换A水口.     

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。     

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。     

板坯连铸结晶器内流场的数值模拟

针对某钢厂板坯连铸机结晶器的结构和工艺参数,建立了描述结晶器内钢液流动的三维数学模型,用商用软件FLUENT,运用湍流动能Κ方程和湍流动能散耗率ε方程的Κ-ε方程模型在给定的数值计算条件下,对板坯连铸结晶器内钢液的流场进行了模拟.通过模拟浇注初期钢液的流动状态,分析了结晶器内流场的基本特征.同时模拟计算了浸入式水口的出口倾角、插入深度以及拉速对钢液流动的影响.得出了满足断面要求的合理工艺参数:水口倾角为向下15°,插入深度为200mm,拉坯速度为1.3 m/min.     

多叶片组合式搅拌桨釜内流动特性和混合性能研究

开发可适用于较宽黏度范围的搅拌桨,强化釜内的流体流动和混合过程对于搅拌釜的节能增效具有重要的意义。实验与数值模拟相结合,在大涡模拟层面研究了多叶片组合式搅拌桨(MBC桨)从层流到湍流状态下,釜内的功率特性、流场分布、湍流特性和混合性能。结果表明:预测的功率曲线与实验结果一致;层流状态下釜内以切向流动为主,随着Reynolds数(Re)的增大,釜内轴向和径向流动逐渐增强,当Re达到486时,速度场分布与湍流状态下基本一致;在相同的能耗水平下,MBC桨对高黏度流体的混合性能优于商业Maxblend桨。桨叶的分散组合布置,强化了釜内的轴向和径向流动,使得MBC搅拌桨在从过渡流到湍流状态下均可实现较大的轴径向流动,湍动能分布较为均匀,混合过程显著加快。     

撞击流式连续化结晶器内流场特性的数值模拟

将撞击流结晶器应用于吡唑酮晶体的连续化生产过程,考虑到此晶体形成与原料液混合效果的关联性,选用丁酮酰胺水溶液和水作为液液流体介质。利用CFD模拟得到一种撞击流连续化结晶器内的流场分布并对流场进行分析,讨论撞击流结晶器内原料流速对混合性能的影响,研究撞击流连续化结晶器轴向速度、切向速度和近壁面流速随水的进口流速的变化规律,以及结晶器内沿轴向和径向的速度分布情况,根据混合均匀度指数评判结晶器中水在不同进口速度下的混合效果。计算结果表明：在丁酮酰胺水溶液进口速度为2 m/s及其他条件不变的情况下,水的进口流速增加会导致撞击流结晶器内混合均匀度指数降低,流场中流速分布更加不均匀,并且撞击混合区流体的切向速度随之升高,因此水的进口流速适度减小有利于晶体的生长。     

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。     

光卤石热分解结晶器混合情况的CFD模拟

以富含钾的海水淡化母液制取氯化钾是一种解决我国钾盐资源短缺的重要手段。其路线为母液蒸发浓缩、结晶得到光卤石,再以光卤石为原料制取氯化钾。采用计算流体力学(CFD)模拟技术对光卤石热分解结晶器的3D网格模型进行单相流与欧拉多相流模拟,分析了结晶器的流场与颗粒混合情况。根据模拟结果,对结晶器结构进行了优化,并进一步进行了CFD模拟。结果表明,优化后的结晶器混合良好,不仅避免了大颗粒的堆积现象,而且有利于大颗粒排料、清液溢流以及小颗粒悬浮和循环。本研究对于光卤石和氯化钾的结晶器设计以及过程操作具有重要的指导意义。     

超宽板坯结晶器内流场和温度场的耦合数值模拟

以南钢3250超宽板坯结晶器为研究对象,基于商业软件FLUENT,建立了超宽板坯结晶器三维有限体积模型,对结晶器内钢液流动状况和传热行为进行了耦合数值模拟,研究了超宽板坯结晶器流场和温度场特征,考察了水口结构参数和结晶器宽度尺寸、水口倾角、水口插入深度、拉速、过热度及冷却强度对超宽板坯结晶器流场和温度场的影响,多组对比模拟计算结果表明,当浸入式水口出口倾角为15°,插入深度为120～150mm,拉速为1.2～1.4 m/min时,结晶器自由液面速度和湍动能分布以及注流冲击点深度均较为适宜,流场较为合理;同时结晶器内钢液的温度分布相对均匀,有利于坯壳的均匀形成.数值模拟结果可为优化南钢超宽板坯结晶器浸入式水口结构以及确定合理工艺参数提供理论依据.     

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。。     

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.     

旋流板内两相流场的CFD模拟与分析

The flow field of gas and liquid in a φ150mm rotating-stream-tray (RST) scrubber is simulated by using computational fluid dynamic (CFD) method. The simulation is based on the two-equation RNG κ-ε turbulence model, Eulerian multiphase model, mad a real-shape 3D model with a huge number of meshes. The simulation results include detailed information about velocity, pressure, volume fraction and so on. Some features of the flow field are obtained: liquid is atomized in a thin annular zone; a high velocity air zone prevents water drops at the bottom from flying towards the wall;the pressure varies sharply at the end of blades and so on. The results will be helpful for structure optimization and engineering design.     

高黏体系中最大叶片式搅拌桨直径的CFD优化

以黄原胶溶液为研究体系,借助于计算流体力学( CFD)方法研究了采用不同直径的最大叶片式搅拌桨时釜内流体速率分布、死区体积、剪切速率、表观黏度和总体流体状况等参数.研究发现:在保持功率不变的前提下,随着桨径的增大,釜内循环区影响范围变广,全釜平均液相速率逐渐增加,速度分布均匀度有所提高,死区体积明显下降.对于研究的搅拌...     

搅拌槽内混合过程的模拟计算方法

利用CFD软件Fluent,对搅拌槽内的混合过程进行了模拟计算。通过整体监测槽内示踪剂浓度的最大、最小值的来计算混合时间,并定义混合体积描述宏观混合过程。结果表明:桨叶产生的流场分布—平行流与文献的PIV研究监测结果具有良好的一致性;整体监测得到的混合时间之间的差值较小;混合体积曲线能够从宏观的角度来分析搅拌混合过程。     

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.     

搅拌生物反应器混合特性的数值模拟与实验研究

以工程流体计算软件CFX-4.4为工具,对不同规模的机械搅拌生物反应器的混合特性进行数值模拟,研究了不同操作条件下反应器混合时间的变化规律. 采用pH电极在位监测[H+]的方法实验测定混合时间. 模拟结果与实验测定值之间的误差随反应器容积增大而逐渐减小,对容积为25 m3的反应器误差小于11.6%.     

涡轮桨搅拌槽内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流动特性,采用了三种亚格子模式:标准Smagorinsky-Lilly模式(SLM)、Smagorinsky-Lilly动力模式(DSLM)和亚格子动能动力模式(DKEM),并将模拟结果与标准k-ε模型及文献实验数据进行了详细的比较.结果表明:大涡模拟方法可获得搅拌槽内的瞬态流场;对桨叶区时均速度及湍流动能的预测与实验数据相吻合,比标准k-ε模型计算结果有明显改进,三种亚格子模型中DSLM和DKEM模拟结果更好.同时分析了大涡模拟中桨叶端部附近湍流动能估计偏差的原因,发现主要是由于对轴向湍流均方根速度的预测偏差造成的.大涡模拟方法为搅拌槽内非稳态、周期性的湍流流动和湍流特性的研究提供了强有力的工具.