气-液-固三相搅拌槽反应器模型及模拟研究进展

综述了气-液-固三相搅拌槽反应器模型和模拟的研究进展。讨论了可用于气-液-固三相流的模拟方法,三相流模型适合于气-液-固三相搅拌槽反应器的数值模拟。给出了气-液-固三相搅拌槽反应器数值模拟的研究进展,目前研究中还缺乏基于机理的相间作用力模型,常用的湍流模型不能描述搅拌槽内的各向异性,没有局部性质的实验数据导致气-液-固三相搅拌槽反应器的模型和模拟无法得到充分验证。建议在今后的研究中构建"两尺度"气-液-固三相湍流单元胞模型,扩展两流体显式代数应力模型为三流体模型,开发局部照相探针技术及相应的图像处理软件。     

橡胶沥青搅拌罐内混合过程的数值模拟

针对橡胶粉与基质沥青混合过程中出现的漂浮、沉底、粘壁及挂料现象,建立了橡胶沥青搅拌罐的几何模型,基于计算流体力学软件对罐内混合过程进行非定常固液两相流数值模拟,分析了影响混合均匀性的因素,如桨叶直径、桨叶位置、挡板及搅拌速度等. 结果表明,尺寸适宜的桨叶直径与合适的桨叶位置有利于形成循环的轴向流,并减少定常流现象,安装挡板有效减少了切向流,搅拌器转速不影响内部流场的基本形态,但适宜的搅拌转速提高了混合均匀性. 混合均匀度与模拟结果印证,且当搅拌器直径800 mm、桨叶距离罐底680 mm、桨叶宽100 mm、搅拌速度280 r/min时,优化后橡胶粉的分布较均匀,混合均匀度为0.24,处于完全离底悬浮状态,模拟结果与实验结果较吻合.     

烟气脱硫吸收塔底部浆液池内流场特性的数值模拟

为了达到烟气脱硫吸收塔内烟气、吸收液和析出铵盐三相混合的效果,烟气脱硫吸收塔都采用侧入式的推进式搅拌器.运用计算流体力学技术(CFD)对吸收塔底部浆液池内单相和液固两相的侧搅拌流场进行数值模拟.模拟结果表明,液固两相搅拌时,与单相流相比,固相的引入抑制了液体向上的发展,流体循环流动范围变小.径向角作用是产生不对称的循环流,增加流体湍动,但对液固两相的固体悬浮状况没有明显改善.法向角可以改善浆液池底部单相流的湍动和液固两相的固体悬浮,当法向角为7°时,浆液池内固体颗粒的悬浮状态最好.     

多相流搅拌反应器研究进展

综述了近五年冷态气液固三相搅拌反应器的研究成果,阐明近期研究热点已转为热态多相流搅拌反应器的流体力学行为。概述了热态气液两相体系中通气功率、混合时间、局部及总体气含率的研究结果。指出今后研究重点应为热态的固液悬浮、气液传质过程及其机理,同时说明用计算流体力学（CFD）对气液固三相搅拌反应器的数值模拟仍属起步阶段。     

桨叶类型对搅拌槽固液流动特性 影响的数值模拟研究

搅拌槽内固液两相的复杂流动一直是许多实验与数值模拟研究的课题之一,本文主要对3种安装不同类型桨叶的挡板搅拌槽进行了数值模拟研究:六斜叶开启涡轮(PBT6)、六直叶开启涡轮(FBT6)和Rushton涡轮(RT6)。数值模拟采用基于欧拉-欧拉方法的双流体模型和处理混合特性的标准k-ε湍流模型,并得出不同桨叶类型的模拟数据,分析并对比不同类型桨叶的固液流动特性,研究结果表明,PBT6产生轴向流,RT6和FBT6产生径向流,且RT6的搅拌性能优于FBT6。     

分解槽搅拌过程数值模拟研究

建立了一个工业分解槽的计算流体力学CFD模型,采用稳态多重参考系法以及欧拉一欧拉多相流模型对槽内固液两相搅拌过程进行数值模拟计算。分析了流体速度分布、颗粒相分布以及搅拌功率变化过程。     

群体平衡方程在搅拌反应器模拟中的应用

群体平衡方程(population balance equation,PBE)是描述多相流体系中分散相大小与分布随时空变化的通用方程。搅拌反应器内多为多相流体系,考虑到颗粒聚并、破碎等微观机制对颗粒大小、分布、粒数密度等宏观参量的影响,采用PBE对搅拌槽内多相流体系进行数值模拟,可以较准确预测搅拌槽内流场和颗粒的大小与分布。对群体平衡方程在搅拌反应器数值模拟中的应用进行了综述,在简要介绍PBE的基本形式后,讨论了PBE的主要数值求解方法,然后着重介绍近年来采用PBE对搅拌槽内液固沉淀过程、气液及液液体系进行数值模拟的情况,并对今后的研究方向进行了展望。     

群体平衡方程在搅拌反应器模拟中的应用

群体平衡方程（population balance equation,PBE）是描述多相流体系中分散相大小与分布随时空变化的通用方程。搅拌反应器内多为多相流体系,考虑到颗粒聚并、破碎等微观机制对颗粒大小、分布、粒数密度等宏观参量的影响,采用PBE对搅拌槽内多相流体系进行数值模拟,可以较准确预测搅拌槽内流场和颗粒的大小与分布。对群体平衡方程在搅拌反应器数值模拟中的应用进行了综述,在简要介绍PBE的基本形式后,讨论了PBE的主要数值求解方法,然后着重介绍近年来采用PBE对搅拌槽内液固沉淀过程、气液及液液体系进行数值模拟的情况,并对今后的研究方向进行了展望。     

基于Fluent的锥形底泥浆储罐内腔流场数值模拟

运用计算流体力学(CFD)软件Fluent,采用多重参考系法(MRF),对某锥形底泥浆储罐的内腔流场进行了三维数值模拟,分析了在正常工况下的搅拌功率、速度场和浓度场的分布情况。结果表明,介质为高粘度非牛顿固液两相流时,现有罐底搅拌桨桨端附近区域有一定径向流,罐内无明显轴向流动,混合效果不好。较低的搅拌转速,使得固相介质迅速沉降,易造成出口堵塞。越接近罐底,物料颗粒间的剪切应力越大,使搅拌过程更加困难。数值模拟可以详细的描述流场分布情况,并为泥浆储罐的进一步改造提供参考。     

不同倾角桨叶对中心龙卷流型搅拌反应釜性能的影响

中心龙卷流型搅拌反应釜是一种新型的、十分高效的搅拌设备。它利用中心龙卷流使流场内多相物质达到充分混合。运用计算流体力学的方法和ANSYS12.0的CFX软件对反应釜内流场特性进行数值模拟,主要通过模拟所得到的固体颗粒体积分布云图、速度矢量图、桨叶所在平面处的湍动能云图,来研究不同桨叶倾斜角、下,反应釜内部的固液两相流场分布、固体颗粒悬浮效果等。结果表明:桨叶倾斜角为90°即为直叶时,搅拌效果最佳。     

管内单颗粒沉降的直接模拟研究

颗粒沉降是液固两相流领域普遍存在的现象和研究的基础。对颗粒沉降过程进行全分辨直接数值模拟,通过模拟结果与实验结果较好的匹配,验证了模拟所用计算程序的可行性与可靠性,基于直接模拟法和高速摄像技术对单颗粒沉降过程的研究,为其他液固两相流体系的研究提供了借鉴。     

双相不锈钢管固液两相流动腐蚀的数值模拟

在碳钢流动腐蚀数值模拟的基础上,针对管道流动体系,对固液两相流条件下双相不锈钢的流动腐蚀进行了数值模拟.模拟了固液两相流体动力学过程和双相不锈钢腐蚀动力学过程,模拟计算得到的腐蚀速率与实测值基本一致,表明建立的两相不锈钢流动腐蚀的综合数学模型是正确的,揭示了两相流中双相不锈钢的流动腐蚀机理,并进行了实验验证.两相流中双相不锈钢流动腐蚀的加剧主要是由于颗粒相的存在会大大强化液相流体的流体力学因素,导致钝化膜内传质速度加快所致.计算结果同时也表明,对于表面覆盖有钝化膜的材料的数值模拟,建立合理的流动腐蚀动力学模型是数值计算方法应用成功与否的关键.     

流化床液固两相传质过程的模拟研究进展

液固两相流化床具有液固相接触效率高、传质和传热性能好、颗粒分布均匀等优点，已被广泛应用于众多工业过程中。然而，流化床中与传质过程耦合的颗粒流化的复杂非线性特征及其湍动特性，使得对传质过程特性的研究十分困难。且仅依靠实验观测和理论预测难以揭示多相流相互作用规律，无法获得全面和详细的速度场和浓度场分布情况。近年来，数值模拟的快速发展为深入探索流化床中液固两相流动行为及其与传质过程耦合问题提供了重要的途径。本文对流化床液固两相流动与传质过程模拟方法进行了综述，并对其未来研究趋势进行了展望。借助于计算传质学理论可以更精确地预测局部浓度的分布情况，进而可以深入分析液固两相流化床中的传质过程规律与传质特性，为液固两相流化床的设计和优化提供理论基础。     

天然气水合物输送管道气液固三相流运动特性分析

气液固三相流动是多相流体力学中非常重要和难以解决的问题之一。目前对于多相流的研究,重点还在于两相流,对三相湍流流动正在开展和进行中。在气液两相流流动的基础上,增加天然气水合物固相。分析固相的加入对流体压力、密度、体积等参数产生的影响,使天然气水合物的研究更加深入。在气液固三相流模拟中,通过改变天然气固体颗粒直径、密度来研究天然气水合物三相流体参数的变化,而三相流体参数的变化反过来又会影响天然气水合物的颗粒直径,在实际开发中难以达到的情况下,利用数值模拟可以具体反映二者的变化关系,为以后天然气水合物的开发提供了更精确的数值及合适的开采方案。     

CFD用于机械搅拌生化反应器液固两相混合的研究

运用计算流体力学(CFD)技术对机械搅拌生化反应器中液固两相混合进行数值模拟。应用旋转参考坐标系处理搅拌桨与挡板之间的相对运动,建立液固两相双流体模型,采用有限体积法(FVM)求解流体流动控制方程组。数值计算结果与实验值较为吻合,偏差在10％以下。研究结果对生化反应器的优化设计及放大和混合的基础研究具有参考价值。     

管内螺旋液固两相流的流动行为及传热

利用Fluent-EDEM耦合方法对管内插螺旋线的液固两相流动与传热进行数值模拟,分析了螺旋线对固相颗粒的诱导碰撞作用和液固两相流传热性能的影响. 通过实验验证,模拟值与实验值的偏差为6.3%~13.8%. 模拟结果表明,与管内未插螺旋线对比,管内插螺旋线对液固两相流体具有诱导作用,使流体呈螺旋流状态;在流体离心力和螺旋线共同作用下,贴近管内壁运动的固体颗粒体积分数由0.44%提高到3.27%;相同雷诺数Re条件下,内插螺旋线液固两相流传热方法的努赛尔数Nu最大. 在Re≤60000范围内,内插螺旋线液固两相流的综合评价指标值均高于内插螺旋线和液固两相流单独作用方式. 因此,该技术适用于低Re下管内防垢除垢及强化传热的工况.     

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.     

多相搅拌槽内宏观混合研究进展

多相搅拌槽反应器广泛应用于化工、冶金等过程工业中,而多相混合状态对于多相搅拌槽反应器的设计、优化和放大具有重要意义.混合时间是表征其宏观混合过程的一个重要参数.文中从实验和数值模拟二方面对多相搅拌槽反应器的液相混合时间研究进行综述,对气液、液固、液液、气液固4种体系的多相搅拌槽进行了分类总结,讨论了分散相、桨型、转速、...     

偏心搅拌槽固液悬浮特性

以数值模拟对偏心搅拌时的固液悬浮特性进行了研究,物料选用固相体积分数为15%、粒径为135 mm的球形玻璃珠-水两相体系,采用标准k-e湍流模型模拟液相流动,采用欧拉多相流模型模拟悬浮过程,分析了偏心率对搅拌流型、颗粒浓度分布及能量消耗的影响. 结果表明,偏心搅拌时浓度分布比中心搅拌更为均匀,可改善固液悬浮效果,且具有节能功效;不同偏心率的改善效果不同,偏心率e=0.21时悬浮效果最理想,此时的临界悬浮转速约为中心搅拌时的80%,消耗的功率约为中心搅拌时的90%.     

搅拌槽内桨叶安装高度的数值模拟

采用CFD软件对搅拌槽内的气、液、固三相流动状态进行了数值模拟,桨型采用的是六直叶圆盘涡轮桨,具体从桨叶安装高度进行细致的数值分析,得出能够获得槽内良好固液悬浮性能下的最优化结构,并和标准搅拌槽进行对比,本研究为工业中搅拌槽的结构优化和放大提供了理论基础。