PIV在化工搅拌釜内流动测量中的应用

着重探讨了新一代全场光学测速技术——粒子图像速度场仪(PIV)在搅拌混合实验中的应用,指出PIV及其衍生的测速技术在搅拌混合实验研究中具有广泛应用前景。PIV流场测量结果兼具很高的空间分辨率和时间解析度,可以得到搅拌釜中混合流体的瞬时2D或3D速度场以及浓度场等信息,进行非定常湍流特性研究,有助于建立搅拌釜内多相流动模型,揭示搅拌混合作用机理,优化搅拌桨型设计,促进搅拌混合技术的进一步发展。     

化工搅拌釜内流动测量技术的应用进展

搅拌釜内的物料混合是一个有限空间中的复杂非定常湍流问题,且常伴有强烈的传质、传热乃至反应过程。搅拌混合过程中影响因素多,理论分析难度大,实验获取搅拌釜内整场流动信息是其机理研究和搅拌混合设备优化设计的重要手段。本文归纳了在搅拌混合研究中传统流动测量技术的应用,分析其各自优缺点,着重探讨了新一代全场光学测速技术——粒子图像速度场仪（PIV）在搅拌混合实验中的应用,指出PIV在搅拌混合研究中具有广泛应用前景。PIV具有很高的空间分辨率和时间解析度,可以得到搅拌釜中混合流体的瞬时2D或3D速度场以及浓度场和温度场等信息,进行非定常湍流特性研究,有助于建立搅拌釜内多相流动模型,验证数值模拟结果,实现搅拌釜的优化设计,从而促进化工搅拌技术的进一步发展。     

搅拌机有关搅拌技术的分析和探讨

本文对搅拌机的有关搅拌技术:搅拌混合特性、均一化问题、传热问题、节能问题、相似与放大问题等进行了分析,确定了评价搅拌的特性参数和影响搅拌的主要关系,提出了必须重视搅拌技术的研究,以便更好指导实际搅拌操作。     

高粘搅拌聚合反应装置

评述了高粘搅拌混合技术在聚合反应工程领域应用的新进展,分析了宽粘度域搅拌叶轮,卧式自清洁搅拌机构和立式搅拌釜等一系列用于处理高粘液体搅拌混合装置的特点和应用,指出聚合装置的研究开发有助于聚合反应工程的发展,大的有效反应体积,具有自清洁特性的高效高粘流体混合装置是研究开发的方向。     

搅拌槽混沌混合研究进展

介绍了层流状态下搅拌槽内普遍存在的混合隔离区,它的存在成为混合的一大障碍,而混沌混合的提出和应用极大地提高了混合效率.阐述了混沌混合的基本原理是通过动力学扰动的方式破坏流体颗粒运动轨迹的周期性.同时介绍了截止到目前关于搅拌槽内混沌混合的方法,主要有变速搅拌、偏心搅拌、往复搅拌等,对这些方法的数值模拟和实验研究结果都证明,混沌混合能很好地改善搅拌槽的混合效果,与传统的稳态搅拌方式相比,混沌混合具有很大的优越性.     

搅拌槽内液相层流荧光可视化及高效混合技术

机械搅拌作为一种重要的混合技术,在化工生产、环保安全、生物制药等领域有着广泛的应用。搅拌效率和流场的分布是衡量搅拌质量的重要指标。然而,在层流搅拌流场中,搅拌桨周期性的扰动产生了环形动力流场导致搅拌槽内普遍存在混合隔离区,隔离区的存在是实现高效混合的主要障碍。本实验基于平面激光诱导荧光技术实现了二维瞬态液相混合流场结构的可视化,研究了Reynolds数和搅拌槽的几何参数对流场结构时空变化规律的影响。基于MATLAB软件对实验图像进行后处理得到非混合区域面积覆盖率,定量计算出流体的混合效率。结果表明,层流搅拌中搅拌槽内叶轮上方和下方出现对称的隔离区域,并且不会随着Reynolds数的增加而消失。通过在搅拌槽内部特定位置（侵入隔离流场几何中心）设置几何挡板结构,破坏隔离区域环形流场的对称性和封闭性,引发混沌混合从而提升混合质量。设置在特定位置的长方体挡板和扇形圆环挡板分别使搅拌槽内流体混合效率在200s内从65%提升至95%和97%。该研究可为高效层流搅拌混合器的设计提供实验数据与理论指导。     

偏心搅拌反应器内的液相混合行为

利用先进的无干扰流场测试手段——平面激光诱导荧光技术(PLIF),对斜叶桨搅拌反应器内的液相混合过程进行高精度定量可视化。对比了中心搅拌和3种不同偏心率下的偏心搅拌混合行为,引入参数混合均匀度和均匀混合时间定量描述测量平面的示踪剂浓度分布。研究发现,偏心搅拌过程由于破坏了流场的对称性,比中心搅拌能更快达到均匀混合。反应器内局部混合存在差异,偏心搅拌中不同监测点达到均匀混合时间差异较小,体现了偏心搅拌在液相混合中的优势。     

搅拌槽内液相层流荧光可视化及高效混合技术

机械搅拌作为一种重要的混合技术,在化工生产、环保安全、生物制药等领域有着广泛的应用。搅拌效率和流场的分布是衡量搅拌质量的重要指标。然而,在层流搅拌流场中,搅拌桨周期性的扰动产生了环形动力流场导致搅拌槽内普遍存在混合隔离区,隔离区的存在是实现高效混合的主要障碍。本实验基于平面激光诱导荧光技术实现了二维瞬态液相混合流场结构的可视化,研究了Reynolds数和搅拌槽的几何参数对流场结构时空变化规律的影响。基于MATLAB软件对实验图像进行后处理得到非混合区域面积覆盖率,定量计算出流体的混合效率。结果表明,层流搅拌中搅拌槽内叶轮上方和下方出现对称的隔离区域,并且不会随着Reynolds数的增加而消失。通过在搅拌槽内部特定位置(侵入隔离流场几何中心)设置几何挡板结构,破坏隔离区域环形流场的对称性和封闭性,引发混沌混合从而提升混合质量。设置在特定位置的长方体挡板和扇形圆环挡板分别使搅拌槽内流体混合效率在200s内从65%提升至95%和97%。该研究可为高效层流搅拌混合器的设计提供实验数据与理论指导。     

搅拌机有关搅拌技术的分析和探讨

本文对搅拌机的有关搅拌技术，：搅拌混合特性，均一化问题，传热问题，节能问题，相似与放大问题等进行了分析，确定了评价搅拌的特性参数和影响搅拌的主要关系，提出了必须重视搅拌技术的研究，以便更好指导实际搅拌操作。     

干式发酵搅拌器流场数值分析及结构参数优选

为了研究干式发酵搅拌器的搅拌效果,通过流体力学软件Fluent,采用动网格模型和多相流模型对干式发酵搅拌器中的混合过程进行了数值模拟,考察了搅拌转速、搅拌桨长和搅拌桨层数等因素对搅拌功率、混合时间、混合能和扩散流场的影响。研究结果表明,降低搅拌转速,有利于减小搅拌能耗,提高混合效率,但从工程效率角度,搅拌转速的选取不宜低于3 r/min;当搅拌桨长为1 200 mm时,搅拌的混合效率最高;当搅拌器搅拌转速大于6 r/min时,三桨搅拌器混合效率高于四桨搅拌器。     

Offene Probleme in der Rührtechnik

Open problems in stirring technology . In this article, an attempt is made to show those problems which still have to be solved largely by empirical methods. The list of problems is by no means complete, and many of them may still not be regarded as a problem by specialists. Nevertheless, the problems of stirring technology are shown in the framework of its development to date in order to indicate possible developments for the near future. Thus greater attention to fluid mechanics (turbulence, non-Newtonian liquids, large volume flow) could be of advantage. Simplified model concepts which analytically describe at least part of the complex stirring and mixing process are desirable. Departure from frequently uncritical application of dimensional analysis and inclusion of flow mechanics and chemical engineering reasons for ensuring mechanical loads would help to solve many a problem.     

偏心双桨搅拌流场及效果分析

生产工艺中需要聚苯乙烯粒子在液相苯乙烯中均匀悬浮与混合,要求底部固相不堆积,固相浓度分布均匀。为了达到理想的搅拌效果,本文研究了双桨的偏心率及转速对搅拌混合效果的影响。以底部椭圆封头,无挡板的反应釜和双层6折叶的开启涡轮式搅拌器为研究对象,用Fluent软件对搅拌器偏心时水的搅拌流场及聚苯乙烯粒子-苯乙烯固液搅拌进行数值模拟。模拟了不同偏心率和转速对搅拌流型、聚苯乙烯粒子浓度分布及能耗的影响,并用粒子图像测速法(PIV)实验验证水的搅拌流场。结果表明,偏心搅拌可使流体速度得到增加,桨叶下方的搅拌死区得到有效抑制;偏心率增大导致两侧的速度偏差越来越大,能量分布不均匀;偏心搅拌的聚苯乙烯粒子浓度分布比对中搅拌的更为均匀,可改善粒子在苯乙烯中的悬浮效果;相同搅拌效果的情况下,偏心率为0.15的功率消耗是对中搅拌的85%;对该固液搅拌时的最佳偏心率和最佳转速分别为0.15和95 r/min,此时固液搅拌混合效果最好,固相浓度分布最为均匀,消耗功率相对较少。     

一种循环配液方法研究

针对目前新型压裂液:碱性胍胶压裂液、清洁压裂液及聚合物压裂液等在配制过程中对添加剂添加的时机有特殊的要求,同时需要相对较长时间的搅拌才能够达到最佳性能,设计出盘管,让压裂液流动较长时间,使粘度得到自然增长。设备简单易行,不影响配液进度。     

下压式多段混合搅拌槽的实验研究

用饱和NaCl溶液作示踪剂,计算机动态数据采集,研究了0.65L下压式多段混合搅拌槽(DPSTMM)流通截面放大25倍、体积放大100倍后轴向扩散、混合时间准数以及单位体积能耗等的变化。对放大后的DPSTMM,在煤油/辛醇(体积比10:1)-醋酸-水体系中,应用串级萃取原理分析了实验测定的总效率,计算出了不同混合段数时的总传质系数K_(od)α。结果表明DPSTMM具有良好的流体力学性能和传质性能。     

新型搪玻璃搅拌桨搅拌特性数值模拟及实验研究

采用CFD方法模拟了具有相同桨径、不同桨叶折角和叶宽结构的6种新型搪玻璃搅拌桨的搅拌特性。考察了挡板、桨叶离底高度对釜内流场的影响,基于此分析了桨叶折角、叶宽对速度分布的影响。对模拟得到的搅拌功率和混合时间进行了实验验证,并与传统搪玻璃桨式搅拌器进行比较。结果表明：①新型桨叶在加挡板且桨叶离底高度为450 mm时,搅拌效果最佳;②随桨叶折角、叶宽的增大,桨叶区轴向、径向和切向速度均呈增大趋势,当桨叶折角为45°、叶宽为95 mm时,釜内混合效果最好;③随转速增大,搅拌功率呈增大趋势,混合时间呈减小趋势,新型桨明显比传统桨混合性能好,桨叶折角为30°、叶宽95 mm时功率消耗最低,桨叶折角为35°、叶宽95 mm时混合时间最短。     

基于大黏度变化流场调控的聚合物裂解反应搅拌装置结构优化

本文针对反应釜中裂解反应的变黏度搅拌过程进行研究,完成了不同搅拌形式下的反应釜釜体流场模型构建,进行了流体速度场模拟,并对物料流体速度进行了统计,通过对结果的对比,得到了锚框式搅拌桨、涡轮式搅拌桨、桨式搅拌桨在变黏度情况下的搅拌特性,进而对桨型设计优化起到提供依据的作用.     

搅拌釜内液-液混合溶析沉淀法制备纳米姜黄素颗粒

研究了在搅拌釜内利用溶析沉淀法制备姜黄素纳米颗粒的过程,分别探讨了搅拌釜尺寸、搅拌形式、初始浓度以及搅拌转速对制备结果的影响。通过平面激光诱导荧光技术定量测量釜内液液混合行为,揭示了流体混合环境的控制是决定溶析沉淀产品过程的关键因素。实验表明,搅拌速度过低无法保证流体混合效率,将导致颗粒黏结;搅拌速度过高带来颗粒与流场的强剪切作用,引起颗粒破碎;局部过饱和度过大,引起颗粒的生长和聚团。搅拌釜内纳米颗粒制备需提供适度强化的流体混合环境。     

电场强化层流搅拌的荧光可视化试验及模拟分析

在层流搅拌中,搅拌桨的周期性扰动使搅拌槽内出现封闭、孤立的环状隔离流场。隔离流场严重阻碍了搅拌介质之间的有效交换,降低了搅拌效率。本文提出外加电场以强化层流搅拌的方案,利用电流体动力学效应改变流场的对称结构,消除混合死区。试验采用平面激光诱导荧光（planner laser induced fluorescence, PLIF）技术实现了搅拌槽内流场结构的实时可视化,并通过自编程程序识别并计算出非混合区域面积百分比。结果表明,随着电场强度的增大,混合效率逐渐提升,当电场强度为1.5kV/cm时混合效率可达98%。研究建立了基于有限元法及浓度扩散模型的混合搅拌模拟平台,探究搅拌槽内部流场结构时空演变规律。通过模拟分析发现,当外加平行板电场强度达到0.5kV/cm以上时,搅拌槽内部出现明显的二次涡流。二次涡流的出现与径向混合相互作用从而不断削弱隔离流场。在电场强度不变的条件下,外加周期性电场可以进一步提高搅拌效率,电场强度1kV/cm条件下的外加周期性电场可以使搅拌效率提升至98%以上。     

回转干馏炉内扰流件的扰动及增混特性

采用离散单元法（DEM）模拟了二组元颗粒体系在有扰流件回转干馏炉内的流动和混合。根据涡心区（混合死区）的位置和尺寸在回转干馏炉中分别安装了外接圆半径相等的圆柱、前半圆、后半圆和直板扰流件，研究了扰流件类型对扰流件尾流、颗粒平均速度和大小颗粒混合程度的影响。研究表明：当各扰流件穿过颗粒物料时，其尾流分别经历了左偏尾流、近似对称尾流和右偏尾流。扰流件类型不同，在相同的时刻其尾流的大小存在差异。当回转干馏炉内无扰流件或者有直板扰流件时，颗粒平均速度的波动范围较小，且波动较为不规则。当安装圆柱、前半圆和后半圆扰流件时，平均速度的波动范围较大，且波动规律性较强，每一个波动过程均由一个大波动和一个小波动构成。对于圆柱和前半圆扰流件，小波动位于波动范围的低值区，对于后半圆扰流件，小波动位于波动范围的中值区。对于二组元颗粒系统，当外接圆半径相等时，后半圆扰流件的增混效果最好，但干馏炉耗能最快。圆柱和前半圆扰流件的增混效果次之。直板增混效果最差，但相比于其他绕流件耗能最慢。较大的绕流件终末卸料角更有利于颗粒的增混。