放大准则对混合澄清槽混合室中混合时间和流动特性的影响

工业混合澄清槽混合室的放大设计多基于操作经验,缺乏理论基础。基于几何相似放大,采用计算流体力学(CFD)方法,针对间歇操作的单相体系,对4 种不同放大准则下混合室内混合时间和流场特性的变化规律进行研究。结果显示,混合时间的计算值与测量位置有关,但随转速的增加受测量位置的影响减小;充分湍流条件下,本研究体系的功率准数趋于常数N_P=1.3,且几何相似放大可以保证混合室中轴向流动的流型特征;等桨叶端面速度和等Reynolds 数准则下,所需混合时间长,且抽吸压头小;等循环时间准则下,可以得到与基准混合室相同的混合时间和较高的抽吸压头,但单位体积功耗急剧增加到基准槽的24 倍;等单位体积功耗准则下,在满足具有较低的混合时间和较高的抽吸压头的同时还保证了较低的单位体积功耗,优于其他3 种放大准则。     

基于CFD方法的烟气脱硝装置数值模拟

烟气脱硝是火力发电厂环保重要环节,脱硝装置内部流动特性直接影响其性能,为了分析还原剂喷射夹角对还原剂分布的影响.本文采用计算流体数值模拟的方式对脱硝装置内部流动过程进行模拟计算,可为今后CFB锅炉再脱硝环节的优化设计奠定基础。     

LDV和CFD在流体混合中的应用进展

采用激光多普勒测速仪LDV (LaserDopplerVelocimetry)测试技术和计算流体力学CFD (ComputationalFluidDynamics)方法 ,可获取搅拌槽中的速度场、浓度场等。从更微观的角度研究混合 ,对于混合设备的优化设计、放大和混合的基础理论研究具有重要意义。综述了此领域的进展情况     

基于数值模拟的马蹄焰玻璃窑蓄热室热效率研究

蓄热室是马蹄焰玻璃窑余热回收、能源循环再利用的重要设备,它对于降低玻璃窑炉整体能耗有着重要的作用。热效率低的蓄热室不但会造成大量的能源浪费,还可能会减少玻璃窑炉的使用寿命,提高蓄热室的热效率已经成为了玻璃产业亟待解决的问题。为了研究蓄热室参数对热效率的影响规律,首先运用计算流体力学理论和多孔介质模型建立了蓄热室的数值仿真模型,然后结合热平衡分析和气体热力学性质变化规律,建立蓄热室热效率模型,最后运用Fluent对不同参数下蓄热室内部温度场与速度场进行仿真,同时从温度场中采集热效率计算数据并分析各参数对蓄热室热效率的影响规律。结果表明：在保证燃料燃烧充分的前提下,减小助燃空气进口速度、格子体孔隙率、格子砖当量直径有利于增大空气与格子体的传热量,提高蓄热室的热效率,而烟道口进口面积在0.9～1 m²时蓄热室的热效率较高。     

喷射泵CFD数值模拟的研究进展

在概述喷射泵的分类、工作原理及运行特性的基础上,综述了CFD技术在喷射泵研究中的进展情况.同时指出了以往数值模拟研究存在的问题,并就以后的研究工作进行了展望.     

射流混合设备内混合时间的研究进展

介绍了有关射流混合设备内混合时间的实验研究进展,概述了计算流体力学（CFD）技术在射流混合设备内流场结构演化和混合效率评价中的应用,总结了不同研究者提出的混合时间关联式。分析影响射流混合效率的参数发现：混合时间随着混合槽直径的增加而增加,并与混合槽的高度呈正比;射流速度的增加可有效地降低混合时间;射流喷嘴的最佳直径与形状由混合槽的具体结构决定,但其最佳位置取决于混合槽高度与直径的比值;多股对置射流明显地提高混合效率。最后指出将CFD方法与压力波动信号（PFS）、PIV和PLIF等实验方法相结合可有效地推进射流强化混合机理研究和新型射流混合反应器的开发进程。     

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%.     

基于CFD流场模拟的反应釜结构设计

反应釜是制药化工产品生产的主要设备之一,常以搅拌的形式出现。本文研究了搅拌器相关设计参数对反应釜内流场的影响,并以此为依据改进反应釜结构。首先通过工程设计方法得到小型制药搅拌釜的初始设计方案,利用CFD技术对搅拌釜内的流场进行数值模拟研究,所得结果与文献中的结果基本一致。然后调整反应釜搅拌器的安装高度与搅拌转速等设计参数,与初始设计方案进行模拟结果对比分析,根据混合效果与驱动输入功率等设计要求,修改设计参数得到更优的设计方案。     

生物反应器的CFD模拟及结构设计

利用计算流体力学（CFD）软件Fluent,以多重参考系法对发酵行业中的发酵罐搅拌流场进行整体数值模拟。基于标准的κ-ε紊流模型模拟了发酵罐内的流场分布,分析了垂直面和水平面上液相流的流场分布及规律,可为搅拌器的结构设计提供参考。     

用CFD研究搅拌槽内的混合过程

在CFX软件的基础上开发了用于混合过程计算的程序,并在流动场计算的基础上对单层涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了初步的数值研究.对速度场和浓度场联立求解与单独求解两种处理方法分别进行了计算,计算得到的浓度响应曲线与文献数据趋势一致,两种方法计算的混合时间变化规律一致,联立求解计算得到的混合时间略小于单独求解,但是联立求解的计算量非常大.计算结果表明：混合过程与计算采用的流动场密切相关;混合时间大小不仅与监测点位置有关,还与加料位置有关,在搅拌桨附近加料混合时间最小,在槽底部加料混合时间最大.     

Dynamic behavior of the flow field in a RIM machine mixing chamber

Dynamic behavior of the flow field in a Reaction Injection Molding, RIM, machine mixing chamber, having dimensions typically used in industrial machines, is studied from dynamic velocity data of Laser Doppler Anemometry, LDA, measurements and Computational Fluid Dynamics, CFD, simulations with a 2D model. This study is based on the spectral analysis of the dynamic flow field data. The typical frequencies, in the reactor flow field, are identified and its values are related to the identified flow structures. The differences between the typical frequencies from experiments and simulations are observed and justified on the basis of the 2D representation of a 3D cylindrical geometry. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2009     

新型布浆器的布浆机理及流动特性

在分析了方锥管布浆器的设计方法的基础上,利用方锥管布浆器不均匀的布浆特性,提出一种新型布浆器,把两个结构完全相同的方锥管布浆器对称地上下叠放在一起,由于两个方锥管布浆器的支管束的质量流量分布趋势相反,在混合室内形成互补的混合状态,使混合室出口支管束的质量流量分布更接近期望值,提高了布浆器的布浆性能。采用数值分析方法研究了新型布浆器内浆料的流动特性和布浆机理。结果表明,新型布浆器的浆料在混合室内进行了互补式的充分混合,有效地消除了方锥管支管束出浆的不均匀性。混合室支管束的质量流量分布趋势接近于理论曲线,降低了与期望值的偏差,布浆效果更好,证明了新型布浆器的布浆机理和结构设计是合理的。     

Computational modelling of industrial pulp stock chests

Agitated pulp stock chests are the most widely used mixers in pulp and paper manufacture. Stock chests are used for a number of purposes, including attenuation of high‐frequency disturbances in pulp properties (such as mixture composition, fibre mass concentration, and suspension freeness) and are designed using semi‐empirical rules based largely on previous experience. Tests made on both laboratory and industrial‐scale pulp chests indicate that they are subject to non‐ideal flows, including channelling and creation of dead zones. In the present work, a commercial computational fluid dynamic (CFD) software (Fluent) is used to model two industrial pulp stock chests. The first chest is rectangular, agitated using a single side‐entering impeller, and feeds a mixture of chemical pulps at 3.5% mass concentration (C_m) to a papermachine. The second chest has rectangular geometry, with a mid‐feather wall used to direct suspension flow through a U‐shaped trajectory past four side‐entering impellers. This chest is used to remove latency from a C_m = 3.5% thermomechanical pulp suspension ahead of stock screening. For CFD computations, pulp rheology was described using a modified Hershel–Buckley model. Steady‐state simulations were made corresponding to process conditions during mill tests. The calculated steady‐state flows were then used to determine the dynamic response of the virtual chests and then compared with experimental measurements and found to agree reasonably well. The computed flow fields provided insight into mixing processes occurring within the chests, showing cavern formation around the impellers (which reduced the agitated volume available for mixing). Mass‐less particle tracking, using the steady‐state flow field, gave insight into the stagnant regions and bypassing zones created in the vessels. This paper discusses difficulties encountered in characterising the mixing (both experimentally and computationally) and the limitations of the industrial data.     

文丘里卷吸型气液分配器液体分配性能的结构参数研究

为了改善滴流床用的内卷吸型气液分配器的液体分散差的现象,提出了一种文丘里卷吸型气液分配器,并对其结构参数进行了参数化研究,定量认识卷吸型分配器的结构参数对其气液分配性能的影响。在冷态实验装置上进行了文丘里卷吸型气液分配器性能实验,建立了耦合群体平衡模型的欧拉-欧拉两相流模型,数值模拟了文丘里卷吸型气液分配器气液两相分配流动过程。冷模实验结合数值模拟,系统性考察了各结构参数对卷吸型气液分配器的液体分布均匀性、喷淋半径以及压降的影响。结果表明,采用具备缩-扩结构的文丘里管作为降液管能够有效提升卷吸型分配器的分布均匀度和喷淋半径,并显著降低压降。通过正交试验,获得了主要结构参数与分配性能的相关性,给出了结构参数与性能指标的经验关联式。降液管的扩张段是改善液体分配性能的关键结构,其扩张角为30°时液体分配性能最好。     

文丘里型气液分布器的实验与数值研究

以一种文丘里型气液分布器为对象,在直径为28 cm的冷模装置中考察了其流体力学性能。气、液流量分别在5~25 m³·h^-1、0.2~0.6 m³·h^-1范围内,使用激光粒度仪测量了液滴Sauter平均粒径（D₃₂）,并测定了其分布均匀性和抗塔板倾斜性能。结果表明：文丘里结构加强了气液混合,与泡罩型分布器相比,此分布器具有更好的液滴破碎性能;气速增大会使出口液体从伞状流变为喷射流,但仍能在直径约为出口直径10倍的区域内均匀分布;在气、液相负荷分别为10~20 m³·h^-1、0.4~0.6 m³·h^-1时,液位在进液口和进气口之间,此时分布器具有优异的抗塔板倾斜性能。采用计算流体力学软件模拟了分布器内部气液流动过程,得到了相含率和速度矢量图,所得结果有利于分布器的分析与改进。     

Evaluation of mixing profiles for a new micromixer design strategy

The relationship between mixing history and reaction performance in microreactors using computational fluid dynamics (CFD) simulations is identified. In the idealized, simplified mixing model, mixing proceeds linearly and only the mixing time determined the reaction performance. However, in the case of realistic models where mixing proceeds unequally, the partial rapid progression of mixing, more than the mixing time, significantly impacts the reaction. The use of the fluid segment size distribution to capture this effect is proposed. The effective Damköhler number derived from the fluid segment size distribution predicted the reaction yield well. To demonstrate the utility of the mixing profile design strategy, we fabricated a novel micromixer with multiple partial rapid mixing zones. This micromixer achieved excellent results both in a CFD simulation and an experiment. © 2015 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 62: 1154–1161, 2016     

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...     

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。