基于CFD的不同搅拌组合多相流流场研究

针对在设计发酵搅拌设备过程中往往依赖经验判断传质混合效果以及能耗等的现状,课题组利用CFD技术对设计的4种搅拌模型进行气液两相流非稳态数值模拟.模拟采用了多面体网格划分物理模型以及滑移网格模型法求解,探究了其速度场、气相体积分数和功率耗损情况.结果表明:相同工况下,不同搅拌组合的流场特性差异较大;上桨采用径向流桨的搅拌...     

组合桨微波反应釜内流动混合特性数值模拟

针对微波反应釜搅拌混合均匀性问题,设计具有不同桨型组合的双层搅拌结构微波反应釜,其组合方式上下桨为推进式搅拌桨A100(A1)、上桨A200下桨A100(A2)和上桨A100下桨A200(A3)。基于计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)方法,采用层流模型、组分扩散模型和多重参考系方法对微波反应釜内醇油混合液的流动混合特性进行数值模拟,获得了具有3种不同组合桨反应釜内混合液的流动特性和不同加料位置下的混合时间特征。结果表明:组合桨A1釜内上下桨间存在一个轴向速度趋近于零的环流面,该面影响了釜内混合液的轴向流动混合;而组合桨A2、A3,改善了该环流面上的轴向速度分布,其最大轴向速度分别是组合桨A1的1.22,2.28倍,增强了上下桨间混合液的轴向迁移能力;加料点的位置会影响反应釜内混合液的混合时间,在理想加料点B加料时,组合桨A3的混合时间最短。     

苏氨酸发酵罐内不同搅拌桨组合下流场模拟

针对目前工业大型苏氨酸发酵罐搅拌设备在设计过程中依赖传统经验的现状,课题组基于CFD技术模拟了发酵罐内不同搅拌桨组合下的搅拌流场,根据模拟试验结果,为设计提供数据支持。从模拟结果中提取了罐内底桨处的流速大小分布情况,同时研究了罐内特征线上的流速分布情况;利用Patch方法,研究了搅拌流场的混合时间,试验给出了搅拌桨功率,结合二者分析了搅拌桨组合的混合效率。结果表明上3层搅拌桨选用3斜直叶桨,底层桨选用6叶前抛物线式圆盘涡轮桨的搅拌组合为较优组合。模拟试验结果及分析为苏氨酸发酵罐搅拌器的设计提供了参考。     

搅拌釜内双层改进型INTER-MIG桨流场实验研究

为得到双层INTER-MIG桨搅拌釜内流场特征,文章采用粒子图像测速技术(PIV)对直径为430 mm的双层改进型INTER-MIG桨搅拌槽内流场进行了实验研究。分析了搅拌转速、相位角及轴向位置对搅拌槽内流场分布的影响。结果表明:整个流场表现出较强轴流特性,底桨右端形成一个漩涡;转速增加引起桨叶附近湍动增强,但整体流型变化不大;当r/R0.48时,桨叶间轴流效果显著,有利于釜底流体向上抬升,增强整体混合效果;当r/R0.48时,桨叶右端在近壁面处会形成上下2股流动流体,有助于形成局部区域循环。实验结果可为工业搅拌过程提供工艺参考。     

基于Fluent的大型苏氨酸发酵罐内搅拌流场仿真分析

以大型苏氨酸发酵罐内流场为研究对象,利用Fluent软件,采用了多重坐标参考系法(MRF)以及欧拉(Eulerain)模型,结合苏氨酸发酵过程中工艺参数,对发酵罐内四档搅拌桨组合的搅拌过程进行单相流、气液两相流数值模拟,研究分析了发酵罐内流场情况、搅拌桨功率大小以及含气率等参数。结果表明,液面升高对已浸没的搅拌桨功率影响不大;发酵过程中密度增大会导致搅拌桨功率增加,二者呈近似正比例关系;通气后搅拌桨总功率下降了20.9%,溶液平均含气率稳定在21.4%左右。     

双层桨搅拌槽内流场的数值模拟

利用Fluent软件对双层六直叶涡轮桨搅拌槽内的流场进行整体数值模拟,选用标准湍流模型及滑移网格法,考察搅拌桨高度对流场结构的影响,模拟得到搅拌槽内的流场分布和功率消耗,并同文献试验结果进行对比。结果表明:桨叶的空间位置的变化对搅拌槽流场性能的影响是非常明显的,改变双层桨叶位置分别产生了平行流、合并流和分散流,模拟成功预测了搅拌槽内速度分布和漩涡位置,3种流型的功率消耗存在较大的差异,平行流时的功耗最大。     

偏心率对双层搅拌桨偏心搅拌槽内流场的影响

偏心搅拌大都集中在对单层桨叶搅拌槽的研究,对双层的研究很少且集中在数值模拟研究,文章利用粒子图像测速技术对轴偏心搅拌釜内流场进行实验研究。分析了不同偏心率对搅拌槽内宏观流场的影响,探讨了桨间轴向位置处无因次化径向和轴向速度的分布。结果表明:搅拌槽内的速度最大值并不是随着偏心距的增大而增大;当偏心率e分别为0.1和0.2时,可以提高径向速度的分布区间;当偏心率e0.2时,内部存在一些漩涡导致速度波动比较大,这种流体趋势并不有利于筒体内部流体的混合。研究结果对双层桨偏心搅拌器的设计具有指导意义。     

发酵罐内流场的数值模拟及桨叶优化

针对目前斜叶桨餐厨垃圾厌氧发酵罐存在搅拌能耗高、流场混合效果差等问题设计了新型轴流式搅拌桨(axialflow impeller,AFI)。采用FLUENT软件对斜叶桨和AFI桨发酵罐内流场进行数值模拟,通过斜叶桨发酵罐单相水体系时搅拌功率计算值与模拟值的比较验证数值模拟的可靠性,并对比2种发酵罐中单相流场分布、固相体积分数分布和功率消耗情况。结果表明:单相水体系时,AFI桨改善了发酵罐内流场结构,搅拌功率较斜叶桨下降40.39%;固液体系时,AFI桨发酵罐内固相体积分数分布更为均匀,罐底沉积现象不明显,搅拌功率较斜叶桨下降17.37%。研究结果为餐厨垃圾厌氧发酵罐搅拌桨的设计与选择提供参考。     

基于流体分析的发酵釜搅拌器强度计算

大型搅拌釜的搅拌器强度计算难度较大,且高黏流体介质的搅拌功率和搅拌效果难以预测。针对大型发酵釜的搅拌器设计问题,采用CFD和FEA技术相结合的方法,对发酵釜的搅拌效果和搅拌器强度进行了分析和预测,结果表明,该分析方法考虑了搅拌器工作过程中流体压力对叶片的作用,对大型搅拌器,尤其是搅拌介质为高黏流体的搅拌器强度校核和功率预测能够获得较为准确的结果,同时可获得详细的流场信息及各项特性参数。该分析方法可为大型搅拌器的设计和优化提供参考。     

基于CFD流场分析的反应釜搅拌器结构改进

承压反应釜在固液混合过程中往往伴随强烈的热传递效应,而密度较低的粉末状固相介质与液体混合的难度相对较大,投料溶入效果不佳和物料结团漂浮等问题较常见。针对此类反应釜的搅拌不充分等问题,采用CFD技术指导反应釜内搅拌器结构进行设计和改进,对反应釜内的固液搅拌混合过程进行了三维数值模拟。数值计算采用多重参考系法(MRF),κ-ε湍流模式以及Mixture多相流模型,模拟了反应釜中的流场形态,通过混合过程的两相流计算得到固相体积分数的分布情况和变化规律,并在此基础上预测了混合时间。结果表明:改进后的搅拌器效果明显增强,该混合过程的CFD模拟可得到相对准确的流场分布及各项特性参数预测结果,可为该类反应釜搅拌器的设计和优化提供参考。     

糖化锅的搅拌与传热研究(3)--糖化锅搅拌的数值模拟

本文通过建立糖化锅的流体力学模型，采用软件分析与实验研究相结合的方法，给出糖化锅在各种搅拌桨作用下流场和流速分布，对于糖化锅内不设置挡板的搅拌，采用轴向流型桨叶是合适的。HU桨和二层组合桨的轴向循环更有利于糖化锅的搅拌混合与传热。     

EPS聚合反应釜内混合过程的数值模拟

可发性聚苯乙烯(EPS)的黏度较高,聚合搅拌反应釜作为EPS生产的核心装置,釜内物料的流动状态对产品质量有很大的影响,所以选择合适的搅拌器显得非常重要。文章采用CFD方法分别模拟了Rushton涡轮桨、三叶后弯桨和三叶PTU桨应用于反应釜时的混合过程。选用多重参考系法(MRF)及标准k-ε模型,分开求解了速度场和浓度场,分区讨论了不同桨型的混合特性。模拟结果表明:釜内流型对混合过程有决定性的的影响,Rushton桨以径向流动和周向流动为主,而三叶后弯桨和PTU桨以轴向流动和周向流动为主。从混合时间上看,除了液面监测点外,其它监测点的结果都是三叶后弯桨的混合时间最短。综合比较来看,三叶后弯桨的流场特性比较适合EPS聚合反应的高粘工况,混合效率相对较高。     

双层桨搅拌槽内流动特性的CFD研究

基于多重参考系法和Realizable k-ε模型,利用Fluent软件对双层CBY桨搅拌槽内不同桨间距下流场进行整体数值模拟,并将模拟结果与文献试验结果进行比较,考察桨间距对流场分布、上下层桨叶区速度及功率消耗的影响。结果表明:随着桨间距的增大,槽内流体流型由"连接流"变为"分散流",与试验结果具有较好的一致性;桨间距对下层桨叶区速度影响较大,对上层桨叶区速度影响不大;随着桨间距的增大,搅拌功率逐渐增加,单位体积功率逐渐降低。     

EGSB反应器布水装置进水方向对内部流场的影响

针对传统厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB,expanded granular sludge blanket)反应器布水装置进水不均匀、搅拌不充分以及存在较大死区等缺点,提出周向进水的布水方式,采用欧拉-欧拉模型建立EGSB反应器内两相流计算流体力学模型,模拟常规布水装置与周向进水装置下反应器的流动状态;通过改变进水管头数量来控制进水流速,模拟不同进水流速下反应器内部流场的流动状态。模拟结果表明周向进水反应器具有更好的泥水混合效果和更高的膨胀床层,周向进水结构能够达到搅拌目的的最小流速为0.555 m/s。周向旋流式进水方式较传统轴向布水方式能使反应器内介质更充分混合,增加泥水接触面积,提供更有利于生化反应的流态。     

发酵罐中新型轴向流搅拌桨的冷模试验

研究设计了两种轴向流搅拌桨,在小型发酵罐中,通过水和ＣＭＣ介质,对两种轴向流搅拌桨进行冷模实验,研究了两者的混合传质、与功率消耗的性能,并与径向流桨进行了比较。结果表明：轴向流搅拌桨较之径向流桨,在各介质中的混合性能、传质效果和功率消耗等方面均有明显的改善。     

基于Fluent的搅拌桨数值仿真及结构优化

针对固-液两相流物料搅拌机,运用计算流体动力学数值方法,通过RNG-湍流模型、欧拉多相流模型进行数值仿真,在搅拌叶片安装间距和搅拌臂长度不同的搅拌桨作用下,分析卧式粉料搅拌机搅拌槽内的流场分布以及固体相的体积分数分布情况。基于数值模拟结果,选择合适的搅拌桨结构参数,可为进一步的优化提供理论参考。     

基于FLUENT的双螺带混合机固液 两相流数值模拟

针对面粉-水两相混合,设计出一款双螺带混合机模型,并运用流体分析软件FLUENT对其三维流场进行数值模拟。采用ICEM对模型进行非结构网格划分,通过欧拉多相流模型、RNG k-ε湍流模型进行仿真。在稳态条件下模拟槽内的压强分布、速度分布以及固体颗粒体积分数分布的情况。结果表明:双螺带桨对槽内的多相流搅拌效果较佳,且其迎流面和背流面附近容易出现速度峰谷值,产生明显的涡旋,使搅拌均匀。该研究结果为进一步优化混合机的性能提供了理论依据。     

双桨叶新型凸槽搅拌釜内传热强化研究

在传统蒸汽加热搅拌釜的基础上,提出一种新型低温凸槽搅拌釜。采用分离涡模型对其内部传热及流动特性进行分析。结果显示:靠近转子区域的流体速度较大,在静子区域流体速度较为均匀。由于上、下两组桨叶的相互作用很小,搅拌槽内存在4个循环即每组桨叶各自产生上下两个相互平行的涡环。当搅拌桨的转速N=96r/min,壁面温度为358K时,对初始温度为293K的糖水混合物进行搅拌加热,经过10min,糖水温度可达到337~340K,能够满足生产工艺的要求。     

大双叶片式搅拌器搅拌特性的研究

对大双叶片式搅拌器及国内4种搪玻璃搅拌器进行了实验研究及流场数值模拟,考察了桨型、转速、物料对各种搅拌器搅拌功率和混合时间的影响。实验表明,综合考虑搅拌功率和混合时间,作者提出的大双叶片式搅拌器的混合效率最高。     

新型搅拌桨组合在非牛顿流体中的传氧性能研究

为了研究新型搅拌桨组合在非牛顿流体中的传氧性能,在水和黄原胶溶液中,通过对体积传氧系数、气含率和功率的测定,对4种搅拌桨组合的传氧、气体分散和功率消耗性能进行比较。结果表明：在非牛顿流体中,抛物线圆盘桨＋翼型轴流桨＋翼型轴流桨耗能最少（Np≈1．7）,节能66％;在输入相同功率下传氧性能和气体分散性能明显好于其他三组桨,相对于小直径平直叶圆盘桨＋小直径平直叶圆盘桨＋小直径平直叶圆盘桨,体积传氧系数和气含率分别提高了45％、35％。因此,适用于非牛顿流体的组合桨,此研究结果可为工业用多层组合桨在非牛顿流体中的应用提供参考。