多层翼形桨搅拌槽内混合过程的CFD模拟

The mixing process in a stirred tank of 0.476m diameter with single, dual and triple 3-narrow blade hydrofoil CBY impellers was numerically simulated by using computational fluid dynamics （CFD） package FLU-ENT6.1. The multi-reference frame （MRF） and standard k-ε turbulent model were used in the simulation. The shaft power and the mixing time predicted by CFD were in good agreement with the experiment. The effects of tracer feeding and detecting positions on mixing time were investigated. The results are of importance to the optimum design of industrial stirred tank/reactors.     

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.     

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.     

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.     

径向流涡轮桨搅拌槽内流动场的数值模拟

采用计算机辅助工程软件ANSYS10.0中的FLOTRAN CFD模块,对单层径向流涡轮桨搅拌槽内的流动场进行了数值模拟.研究了涡轮形式、涡轮安装位置、涡轮尺寸对流场的影响.结果表明:当搅拌转速较低时采用六直叶涡轮,而转速较高时采用六平叶圆盘涡轮较为合理;当D=(1/3、1/2)T、C=(3/10～4/10)T时,流场分布均匀,平均流速较高,介质表面速度分布合理,视为最佳直径与安装高度.应用本文所述方法可优化搅拌设备的设计.     

轴流式搅拌桨搅拌槽内混合时间的数值模拟

利用计算流体力学软件FLUENT 6.0程序计算了单层CBY搅拌槽内流体混合过程的速度场和浓度场,讨论了加料点位置和监测点位置对混合时间的影响。结果表明,拌槽内物料的混合过程主要由槽内的流体流动所控制;混合时间与加料点位置有关,在桨叶附近区域加料时混合时间比在液体表面加料时的混合时间短,应尽量在搅拌反应器的桨叶尖端处加料;不同的监测点位置对混合时间有很大的影响,在靠近槽底部进行监测所得到的混合时间最短。     

偏心组合桨搅拌槽内层流混合过程的数值模拟

目前,处理高黏流体和对剪切敏感介质的层流搅拌槽的报道并不多见。本文建立了描述双层组合桨搅拌槽内高黏非牛顿流体层流流动、混合过程的数学模型,利用Laminar模型、多重参考系法（MRF）和示踪剂浓度法对其流场特性、示踪剂扩散过程进行数值模拟,分析搅拌槽内轴向速度曲线、示踪剂浓度响应曲线和混合时间。结果表明：中心搅拌中间面将介质阻隔在各自的半层内运动,偏心搅拌介质作全局运动,轴向混合能力突出;转轴中心搅拌依靠上下半层浓度差的增大向下扩散,转轴偏心搅拌通过不对称结构扩散示踪剂,叶轮相对转轴偏心搅拌则利用叶片的不对称分布;距离加料点较近和较远的监测点浓度响应曲线因振荡和调整,混合时间较长,处于中间面的监测点拥有最短的混合时间。     

搅拌槽内近桨区流动场的数值研究

利用滑移网格方法，采用三种不同密度的网格，计算了六直叶涡轮搅拌桨的三维流动场。利用数值方法得到了桨叶附近流动场中产生的尾涡，并将不同密度网格下的数值模拟结果与实验数据进行了比较。计算结果表明，在高密度的网格下可以清楚地观察到桨叶附近所产生的尾涡，其大小与实验结果一致，但尾涡衰减较快：叶端的径向与切向速度分布与实验值吻合较好，加密网格对最大径向及切向速度的预测精度有明显提高；即使采用很高的网格密度，对湍流动能的预测仍然偏低。     

搅拌槽内三相混合特性的数值模拟

利用Ansys CFX软件对自吸式龙卷流型搅拌槽内的气、液、固三相混合特性进行了研究,从速度场、固相分布、湍动能、湍动能耗散及切应变速率等方面对其进行数值模拟,并与标准搅拌槽进行对比发现:自吸式龙卷流型搅拌槽具有良好的速度分布和固液悬浮性能,其湍动能和湍动能耗散分布合理,有利于物料之间的充分接触与混合,且其主要混合区域的剪切力小、功耗低,对介质的损伤小,节能效果明显。     

搅拌槽内多相流动数值模拟研究进展

综述了过程工业中广泛应用的搅拌槽反应器内多相流动数值模拟研究的进展.讨论多相湍流模型、相间作用力模型及搅拌桨处理方法等重要的数值模拟技术和方法,并对有关的计算模型进行了比较分析.针对搅拌槽内的各种多相体系,论述了不同研究者在桨区处理、相间动量传递描述和分散相的引入对体系湍流特性影响等方面的模拟方法并对结果作了比较.提出了需要进一步深入研究的课题.     

Numerical Simulation of Macroscopic Mixing in a Rushton Impeller Stirred Tank

The macroscopic mixing in a stirred tank with different tracer injection locations, impeller speeds and impeller positions is simulated numerically by solving the transport equation of the tracer based on the whole flow field in the baffled tank with a Rushton disk turbine numerically resolved using the improved inner-outer iterative procedure. Predicted mixing time is compared well with the literature correlations. The predicted residence time distribution of the stirred tank is very close to the present experimental results. The effect of the installation of a draft tube on the mixing time and residence time distributions is addressed.     

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。     

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%.     

用数值模拟方法分析混合和导流筒对搅拌槽中沉淀硫酸钡的影响

1 INTRODUCTION Precipitation of sparingly soluble salts is an im- portant operation widely adopted in the production of functional materials, catalyst, protein, pharmaceutical product and pigment. By precipitation, two aqueous streams containing respective reactants are mixed in a precipitator, and the sparingly soluble salt forms as result of chemical reaction if the concentration of produced salt exceeds its solubility. The quality of the final product obtained by precipitation is strong…     

多层新型桨搅拌槽内气-液两相流动的实验与数值模拟

对三层新型组合桨气-液两相搅拌槽内的流体流动进行了实验研究,并采用计算流体力学(CFD)的方法对气-液两相搅拌槽的通气搅拌功率、流场、局部气含率及总体气含率进行了数值模拟,数值模拟采用了欧拉-欧拉方法,数值模拟结果与实验值吻合良好,同时考察了通气流量和搅拌转速对通气搅拌功率和气含率的影响规律. 研究结果表明,欧拉-欧拉方法能较好地模拟搅拌槽内气-液两相流的流动状况.     

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。。     

Rushton桨搅拌槽中气液两相流动的全流场数值模拟

The gas-liquid flow field in a stirred tank with a Rushton disk turbine,including the impeller region,was numerically simulated using the improved inner-outer iterative procedure.The characteristic features of the strirred tank,such as gas cavity and accumulation of gas at the two sides of wall baffles,can be captured by the simulation.The simulated results agree well with available experimental data.Since the improved inner-outer iterative algorithm demands no empirical formula and experimental data for the impeller region,and the approach seems generally applicable for simulating gas-liquid stirred tanks.