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相似文献
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1.
涡轮桨搅拌槽内单循环流动特性的大涡模拟   总被引:4,自引:0,他引:4  
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.  相似文献   

2.
涡轮桨搅拌槽内流动特性的大涡模拟   总被引:3,自引:0,他引:3  
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.  相似文献   

3.
采用实验和数值模拟的方法研究搅拌管式反应器内的混合过程,其中数值模拟采用大涡模拟的方法研究了反应器内流体的流动场,并就不同转速条件下流体的混合时间,将大涡模拟数值结果分别与标准k-ε模型的计算结果和实验测量值相比较,结果表明:管式搅拌反应器内的流动是非稳态的,具有不对称性。同时,大涡模拟方法可以预报漩涡,特别是桨叶背面的漩涡。与实验测量值相比,大涡模拟对混合时间的计算精度比标准k-ε模型计算精度高约22.8%,证明大涡模拟方法能够有效地模拟搅拌管式反应器内的流动特性。  相似文献   

4.
The aim of this work is to investigate the flow instabilities in a baffled, stirred tank generated by a single Rushton turbine by means of large eddy simulation (LES). The sliding mesh method was used for the coupling between the rotating and the stationary frame of references. The calculations were carried out on the "Shengcao-21C" supercomputer using a computational fluid dynamics (CFD) code CFX5. The flow fields predicted by the LES simulation and the simulation using standard κ-ε model were compared to the results from particle image velocimetry (PIV) measurements. It is shown that the CFD simulations using the LES approach and the standard κ-ε model agree well with the PIV measurements. Fluctuations of the radial and axial velocity are predicted at different frequencies by the LES simulation. Velocity fluctuations of high frequencies are seen in the impeller region, while low frequencies velocity fluctuations are observed in the bulk flow. A low frequency velocity fluctuation with a nondimensional frequency of 0.027Hz is predicted by the LES simulation, which agrees with experimental investigations in the literature. Flow circulation patterns predicted by the LES simulation are asymmetric, stochastic and complex, spanning a large portion of the tanks and varying with time, while circulation patterns calculated by the simulation using the standard κ-ε model are symmetric. The results of the present work give better understanding to the flow instabilities in the mechanically agitated tank. However, further analysis of the LES calculated velocity series by means of fast Fourier transform (FFT) and/or spectra analysis are recommended in future work in order to gain more knowledge of the complicated flow phenomena.  相似文献   

5.
无挡板涡轮桨搅拌槽内湍流流动的分离涡模拟   总被引:1,自引:0,他引:1  
采用分离涡模型对无挡板涡轮桨搅拌槽内的湍流流动进行了研究,重点分析了流场结构和速度分布,以检验该模型模拟搅拌槽内流体流动的有效性和正确性. 为了加快收敛,先采用标准k-e模型进行稳态流场计算,并以此结果为初始值进行分离涡模拟. 与现有文献大涡模拟及实验结果对比表明,分离涡模型能捕捉槽内流体的瞬时流动特征,获得的时均速度分布与大涡模拟及实验结果吻合较好,其中对切向速度分布的预测误差不超过7%,对径向速度分布的预测精度则低一些,局部误差接近12%. 分离涡模型适用于无挡板涡轮桨搅拌槽内湍流流动的模拟,能获得与大涡模拟相近的结果,且计算量更小(约为大涡模拟的1/3).  相似文献   

6.
翼形桨搅拌槽内混合过程的数值模拟   总被引:8,自引:0,他引:8  
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。  相似文献   

7.
施乃进  周勇军  鲍苏洋  辛伟  陶兰兰 《化工学报》2017,68(11):4069-4078
分别用体三维速度测量技术(volumetric three-component velocimetry measurements,V3V)和大涡模拟(large eddy simulation,LES)方法对涡轮桨搅拌槽内流场进行研究,发现在完全湍流状态下,涡轮桨搅拌槽内流场的量纲1相平均速度及湍动能分布同Reynolds数无关。用V3V方法实现了Rushton桨叶附近三维流场的重构;探讨尾涡的三维结构及运动规律;分析了叶片后方30°截面轴向、径向和环向速度沿径向分布规律。用V3V实验结果对比了2D-PIV(particle image velocimetry)数据中的尾涡涡对位置和涡量,涡对位置吻合度较好,但2D-PIV中涡量较V3V小37.5%;通过大涡模拟得到完整的尾涡结构,发现在叶片上边缘后侧存在一个和尾涡形成方式相同但不成对出现的涡结构;将大涡模拟结果和2D-PIV及V3V实验结果对比发现,大涡模拟在速度分布及尾涡运动轨迹方面均同实验结果吻合较好,表明大涡模拟能较好地预测涡轮桨搅拌槽内流场。  相似文献   

8.
搅拌生物反应器混合特性的数值模拟与实验研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
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%.  相似文献   

9.
轴流式搅拌桨搅拌槽内混合时间的数值模拟   总被引:3,自引:0,他引:3  
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。  相似文献   

10.
自吸式涡轮搅拌桨的性能研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
系统地测定了自吸式双圆盘六叶涡轮桨应用于气-液-固三相浆态搅拌反应器的性能。研究了吸入气体的临界转速、表征搅拌桨对气体抽吸能力的吸气压力、气体自吸的吸入流量、搅拌功率、气含率、气液分散性能和气液传质规律,以及固体催化剂颗粒的悬浮问题。采用磁钢密封结合自吸式涡轮搅拌桨的三相浆态搅拌反应器,比较适宜于精细化学品合成的工艺研究及本征动力学测定,并对中小规模三相浆态反应工艺的连续化生产提供了可行性研究。  相似文献   

11.
大涡模拟搅拌槽中的液相流动   总被引:2,自引:1,他引:1       下载免费PDF全文
张艳红  杨超  毛在砂 《化工学报》2007,58(10):2474-2479
采采用大涡模拟湍流模型对有档板的Rushton 桨搅拌槽进行了数值模拟研究。控制方程采用控制容积法进行离散,对流项用三阶QUICK格式,扩散项是二阶中心差分。压力 速度耦合方程在交错网格上采用SIMPLE算法进行求解。小尺度流动的模化采用动力学(dynamic)亚格子模型。搅拌桨与档板之间的相互作用采用改进的内外迭代法进行处理。计算结果和文献值吻合得很好。  相似文献   

12.
一种计算搅拌槽混合时间的新方法   总被引:2,自引:3,他引:2       下载免费PDF全文
张庆华  毛在砂  杨超  王正 《化工学报》2007,58(8):1891-1896
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。  相似文献   

13.
The way in which the single phase flow of Newtonian liquids in the vicinity of the impeller in a Rushton turbine stirred tank goes through a laminar‐turbulent transition has been studied in detail experimentally (with Particle Image Velocimetry) as well as computationally. For Reynolds numbers equal to or higher than 6000, the average velocities and velocity fluctuation levels scale well with the impeller tip speed, that is, show Reynolds independent behavior. Surprising flow structures were measured—and confirmed through independent experimental repetitions—at Reynolds numbers around 1300. Upon reducing the Reynolds number from values in the fully turbulent regime, the trailing vortex system behind the impeller blades weakens with the upper vortex weakening much stronger than the lower vortex. Simulations with a variety of methods (direct numerical simulations, transitional turbulence modeling) and software implementations (ANSYS‐Fluent commercial software, lattice‐Boltzmann in‐house software) have only partial success in representing the experimentally observed laminar‐turbulent transition. © 2017 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 3610–3623, 2017  相似文献   

14.
热失控是化工过程中常见的安全风险之一。在间歇釜式反应器中,桨叶的机械转动可以增强流体的循环流动、湍流强度、混合程度以及传热,进而有效防范热失控。防控效果与反应器结构和搅拌桨型密切相关。针对丙酸异丙酯酯化反应,采用计算流体力学模拟研究了桨型(Rushton桨、30o PBT桨及60o PBT桨)、转动方向和挡板对釜式反应器内温度演化的影响,从流动结构方面分析了原因。基于散度的失控判据比较了三种搅拌桨抑制热失控的能力,抑制能力为Rushton桨>30° PBTD桨>60° PBTD桨。本研究可为搅拌反应器热失控的优化设计提供一定的理论依据。  相似文献   

15.
Estimation of mixing time is an essential aspect in characterization of stirred tanks. In this work, we report a novel, non-invasive technique to estimate mixing time in an unbaffled stirred tank using a contact type ultrasonic sensor. Variation in speed of sound in stirred tank is measured by ultrasound and is used to determine the mixing time of solutions. A sensing time of 16.6 ms (~60 Hz) is achieved which leads to an estimation of the mixing process dynamics under forced vortex conditions. The method is validated against colorimetric technique using a dye. The technique is thereafter used to determine mixing time under different operating (impeller speed) and geometrical (impeller design, vessel diameter, and off-bottom clearance) conditions. Though the results presented are specific to unbaffled stirred tank, the method reported is general and can be used in any kind of stirred tank.  相似文献   

16.
王志杰  赵彦琳  姚军 《化工进展》2021,40(12):6479-6489
基于计算流体动力学(CFD)方法,采用大涡模拟(LES)和拉格朗日颗粒追踪技术计算了Rushton涡轮搅拌槽内流场特性及三种St颗粒的运动行为。平均流场(切向速度、轴向速度和径向速度)、颗粒速度及浓度分布方面与实验值的吻合度较好,验证了数值模拟的可靠性。结果表明,搅拌流场及颗粒运动均呈现循环流特性,当转速N=313r/min不变时,St=0.24的小颗粒几乎实现了均匀分布;而St=37.3的大颗粒与流体的跟随性较差,底部沉积率较高,容器顶部会出现一定的颗粒空白区。叶轮附近产生一系列的湍流涡结构,并且由于剧烈的颗粒-壁面碰撞,该位置颗粒拟温度最高;小颗粒(St=0.24)的运移主要受叶片后方尾涡的控制,均匀分布在低涡量区;而大颗粒(St=37.3)由于具有较大的惯性,运动不再由涡主导,很快被叶轮甩向边壁,穿过了尾涡所形成的高涡量区,故而叶轮对附近大颗粒的搅拌效果较差。  相似文献   

17.
The flow characteristics in pilot‐scale stirred tanks with Rushton and curved‐blade turbines were investigated by using stereoscopic particle image velocimetry (SPIV) experiments and large eddy simulation (LES) methods. The velocity and turbulent kinetic energy (TKE) in the impeller discharge regions were carefully resolved with a high resolution SPIV system, and the detailed phase‐resolved velocity and TKE profiles were used to validate the LES results. The effects of Reynolds number and blade shape on the flow characteristics were discussed. The LES results of velocity, TKE, and the evolution of trailing vortices were compared with the SPIV experimental data, and good agreement was obtained at various phase angles. The effects of subgrid scale model and hybrid grid with different mesh resolutions on the LES results were investigated. LES is a computationally affordable method for the accurate predictions of the complex flow fields in pilot‐scale stirred tanks is presented. © 2013 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 59: 3986–4003, 2013  相似文献   

18.
搅拌反应器中液相混合时间研究进展   总被引:3,自引:1,他引:2  
搅拌反应器是一种在化工、医药、能源和废水处理等领域应用比较广泛的设备.其中混合时间是表征搅拌反应器内物料混合状况的一个重要参数.本丈从实验测量方法和数值模拟两个方面综述了近50年来对混合时间的研究,并展望了未来混合时间测量方法和数值计算的发展方向.  相似文献   

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