最大叶片式桨用于大高径比搅拌釜内假塑性流体混合过程的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)技术研究了最大叶片式桨在大高径比搅拌釜非牛顿假塑性流体的流体动力学性能,包括功率特性、剪切性能、排液性能和混合时间.结果表明,在一定范围内桨下端剪切效率高、排液量大,是釜内良好的混合区域.随着雷诺数增加,搅拌流场由双循环流型转变为一个大循环,桨下端两翼剪切能力显著加强,说明剪切量与流体的混合密切相关,混合体积曲线能够从宏观的角度来分析搅拌混合过程.     

螺带螺杆搅拌釜中高黏流体的CFD模拟计算

高黏聚合体系的搅拌混合应用广泛,是聚合物合成工业中的关键,但采用实验方法难以得到其流场.应用ANSYS CFX软件模拟计算高黏聚苯乙烯溶液体系在不同螺带螺杆组合搅拌釜中的流场特征,分别采用不同的计算流场模型进行求解,其中搅拌釜气-液两相界面采用与实际情况较为接近的自由液面,旋转区域采用滑移网格法处理,液相采用不同黏度的高分子黏性流体,计算比较了不同搅拌桨组合下的流场特征,论证了双螺带螺杆搅拌桨在高黏流体混合中的优越性,同时得到不同黏度和不同转速下搅拌釜内的液面形状、速度场和搅拌功率,为实际生产及工业优化提供了理论参考.     

涡轮桨变速搅拌槽内湍流混合的实验研究

以NaCl颗粒在水中的溶解为例,对湍流状态下周期性变速旋转的(改变桨叶转向或速度大小,分别称为周期性换向搅拌和周期性依时搅拌)Rushton桨搅拌槽内的混合特性进行了实验研究,并与稳速搅拌进行了对比。实验过程中测量了不同搅拌模式、不同桨叶安装高度时颗粒的溶解时间,结果证明,搅拌槽底部的流型对NaCl的溶解有重要影响;桨叶安装高度对溶解速度的影响不大,周期性依时搅拌时的溶解时间比稳速搅拌时稍短,而周期性换向搅拌则能明显加快溶解速度,提高混合效率。     

搅拌槽示踪剂浓度扩散模拟与实验研究

针对单层双桨叶圆形搅拌槽不同参数(桨叶角度、桨叶离底高度、桨叶宽度、桨叶直径,水平加料点),运用CFD软件Fluent对搅拌槽内流场进行数值模拟,计算并分析了各个参数对混合时间、搅拌功率和单位体积混合能等3个指标的影响;进行了不同桨叶角度和桨叶离底高度条件下的实验研究,运用电导率测试法测量搅拌溶液浓度的变化曲线,并与数值模拟结果进行了对比。研究结果表明,单位体积混合能指标能综合混合时间与搅拌功率,可作为参数优化的指标;在单因素条件下,桨叶角度优化为20°、桨叶离底高度为500 mm、桨叶宽度为80 mm、桨叶直径为300 mm,水平加料点为100 mm;实验研究中示踪剂Na Cl溶液的浓度变化曲线与数值模拟的溶液浓度变化曲线的相关系数在0.77~0.86,故可通过数值模拟的方法在一定程度上进行搅拌槽参数优化设计。     

搅拌釜桨型对于明胶水解体系搅拌性能的数值模拟

运用计算流体力学软件FLUENT对双螺带搅拌釜、螺杆-螺带搅拌釜和INTERMIG式-螺带搅拌釜进行模拟.用GAMBIT建立流体的简化模型,采用多重参考系法处理搅拌桨区,对速度场、压力场和搅拌功率进行分析.结果表明,压力因素对浆型的选择影响较小,可以不考虑;速度场中组合浆对釜内流体流动有明显改善,且搅拌功率显著提高.综合考虑各影响因素,INTERMIG式-螺带组合桨是一种成功改进的组合桨.     

2种型式搅拌桨用于工业规模搅拌釜内假塑性流体混合过程的数值模拟

用CFD技术研究了最大叶片式桨和三层六直叶涡轮桨的在大高径比工业规模搅拌釜中流体力学行为,以黄原胶溶液为研究体系,重点考察了功率特性、死区分率、剪切性能和混合时间等流体动力学性能.结果表明:2种搅拌桨的功耗与转速成正比,死区与转速成反比;随着雷诺数增加,釜内平均剪切速率增加.工业规模搅拌釜中,最大叶片式桨搅拌流场呈双循环流型,三层六直叶涡轮桨在每个桨叶叶端分别形成上下2个小循环.在相同单位体积功耗下,最大叶片式桨的混合时间相对于三层六直叶涡轮桨较短.     

潜水搅拌器安装角度对盐泥水洗搅拌效果的影响

针对传统搅拌桨型无法满足盐泥水洗搅拌的问题,提出了双潜水搅拌式水洗设备,借助Fluent17.0软件,采用MRF法、标准k-ε湍流模型,对该水洗设备中盐泥-水洗剂混合过程进行数值模拟,以流速场、混合时间、单位体积混合能、盐泥体积分数标准差、湍动能以及湍动能耗散率为指标,研究了搅拌叶轮转速为480 r/min时,水洗设备内双潜水搅拌器以不同安装角度下的混合特性,并通过实验验证模拟仿真的有效性。研究结果表明:各安装角度下的搅拌流速场不具对称性,近潜水搅拌器的流体区域流动较为紊乱,安装角度α为20°时,整个流体域内低流速区占比小,远离搅拌器的下游处流速较高且分布均匀,两相混合时间和混合时间数最小,混合均匀度最佳,适用于快速式搅拌模式;α为40°时,湍动能耗散率最小,单位体积混合能最小,可达到最佳的节能效果,适用于持久式搅拌模式。实验结果表明数值模拟结论有效,可为盐泥的高效水洗处理提供一定的参考。     

结晶器流场的模拟计算与结构优化

数值模拟是有效研究大型工业设备内部流场的手段。采用多重参考系和湍流标准k-ε模型对结晶器内部流场进行描述。利用激光粒子测速仪(PIV)测量的实验室小型搅拌槽的实验数据对计算模型进行了验证,结果表明计算模型可以有效预测搅拌设备内部的流场分布。并在此基础上研究了搅拌桨安装位置及运行参数对流场的分布影响,优化了结晶器的结构与运行参数:搅拌桨安装高度1 000 mm,导流筒柱段长度2 000 mm,搅拌转速70～80 r/min。     

剪切变稀型流体在搅拌槽中流动与混合特性数值模拟

使用计算流体力学(CFD)软件CFX对剪切变稀型流体混合特性进行了数值模拟。计算了剪切变稀型流体在不同转速下的自由液面高度及表面示踪粒子运动时间,并与实验进行了比较。搅拌槽直径D=480 mm,搅拌桨为45°两斜叶桨,无挡板,以某催化剂胶体为工作物料。自由液位高度计算方法采用VOF模型,层流状态。时间计算方法采用表面示踪粒子运动法,并比较了牛顿流体与剪切变稀型流体表面示踪粒子运动时间的差异。     

多层桨搅拌槽内的宏观混合特性

在直径为0.476 m的搅拌槽内,采用电导法测定搅拌槽内单层桨和多层桨体系的混合时间。对于单层桨体系,在相同的搅拌输入功率下,不同类型的径向流桨和轴向流桨具有相同的混合时间。对于窄叶翼型CBY搅拌桨,在相同的搅拌输入功率下,单层、双层以及三层CBY搅拌桨的混合时间基本相同;而对于六直叶涡轮桨DT-6,在相同的搅拌输入功率下其混合时间随桨叶层数的增加而加长;多层CBY桨的混合时间远低于多层DT-6搅拌桨的混合时间。     

沸腾态气-液-固搅拌槽内宏观混合时间的研究

在直径为0.476m的椭圆底搅拌槽内,采用电导率法研究了沸腾态气-液-固三相体系内混合时间特性。主要考察分散相(气体、颗粒)和功耗对混合时间的影响。实验结果表明：沸腾态搅拌槽内,同转速条件下,颗粒体积分数对单位质量功大小影响较小;仅转速高于480r/min范围内,表观气速增加,体系单位质量功略有下降。颗粒临界悬浮转速随颗粒体积分数的增加而增加,但不随表观气速的变化而发生变化。沸腾态气-液-固三相体系内,混合时间随表观气速或颗粒体积分数的升高而延长。     

Influence of Rotor Clearance on Internal Mixer＇s Capacity

To find the influence of rotor clearance on internal mixer's capacity,3D finite element method(FEM)models were built and pressure field,viscosity field,velocity field,and temperature field were simulated.In addition,the experiment was also conducted on the X(S)M-1.7L laboratory mixer.The simulation shows that rotor clearance brings some effect on internal mixer's capacity such as the pressure,temperature,viscosity,velocity,and shear stress,etc.The experimental result indicates that rotor clearance affected the maximum power,consumption of unit energy,production capability,mixing time,and dumping temperature and so on.     

连续搅拌槽内假塑性流体停留时间分布的数值模拟

应用计算流体力学商业软件（CFX）模拟了直径0.5m×0.35m的无挡板半球底搅拌槽的流场,计算了流体的停留时间分布(RTD),研究了转速、流量、全槽平均表观黏度对RTD以及全混釜数（m）的影响。结果表明：基于CFX对假塑性流体连续搅拌槽内RTD的模拟结果与实验基本吻合;低转速下,转速的变化对假塑性流体RTD和(m)值的影响要大于牛顿流体,但当转速达到一定值时,对两流体的RTD和(m)值影响较小;转速较高趋于全混时,流量对假塑性流体及牛顿流体的RTD和(m)值影响较小,且对两流体的影响差别很小;高转速条件下,全槽平均表观黏度的变化对假塑性流体RTD和(m)值的影响较牛顿流体大。     

新型混合澄清槽的澄清性能

混合澄清槽是稀土生产过程中应用最广泛的萃取设备,其单级的澄清室与混合室体积比多在25∶1以上,造成生产过程中占地面积大、稀土存槽量大、夹带损失高等不利影响.为解决此问题,设计了一种新型混合澄清槽,在澄清室增加搅拌圆筒,创新性采用紫外可见光分光光度法考察不同条件下的水相夹带量以衡量其澄清性能,并与实际生产线测定结果对比.结果表明:适当的搅拌转速、离底高度和环盖尺寸等条件均有利于两相分离.环盖直径30mm、离底高度13cm及搅拌转速低于300r/min时,所测水相夹带量均小于实际生产线夹带量的050%,满足实际生产要求.     

圆盘反应器成膜性能的实验研究

在直径为0.48m圆盘反应器内研究了物料黏度、液位、圆盘转速等因素对反应器功率、最小成膜转速、持液量以及膜厚的影响规律。结果表明:最小成膜转速随黏度的增加而降低,随液位的降低而升高;持液量随黏度和转速增加而增大,黏度较低时增加的趋势低于黏度较高时;无因次混合时间随着线速度的增加先减小后增加;同时得到了功率准数以及膜厚的关联式。     

底吹-机械搅拌耦合铁水脱硫的模拟

针对底吹-机械搅拌耦合铁水预处理脱硫的气体与熔体的相互作用过程,利用CFD商业软件Fluent 15.0和物理模拟的方法,针对某钢厂120t底吹钢包脱硫过程进行实验研究,并从流场、气体体积分布等方面研究了搅拌桨结构、搅拌转速、通气流量、偏心度对铁水包内钢液混合效果的影响.结果表明:使用SSB-D桨,搅拌转速200r/min,通气流量为1.5m³/h,偏心度0.4时,熔池内的流场分布得更均匀,镁蒸气气泡在铁水中更加分散和细化,增加了镁蒸气与铁水的气液接触面积,提高了镁蒸气的脱硫效率.     

高固含固液搅拌槽内颗粒悬浮与混合特性

对高固含体系下Intermig桨搅拌槽内的桨叶搅拌性能以及颗粒的混合与悬浮特性进行实验研究.采用光导纤维技术对不同桨径、搅拌转速和桨叶离底距离下搅拌槽内底部以及轴向颗粒密度进行测量,同时对临界悬浮转速和搅拌功率进行测定.实验结果表明:对高固含液-固搅拌体系,所采用的Intermig搅拌桨具有很好的轴向混合特性,该桨适合在较大的桨径和较低的桨叶离底距离下应用,可在促进颗粒悬浮与均匀分布的同时,大大降低功率消耗.通过对实验结果的分析和拟合得出底部均匀度与搅拌槽内弗劳德数有关,Q=0.58Fr-0.35,Intermig搅拌桨功率准数在0.2 ～0.3之间,且与雷诺数关系为NP=2.1Re-0.2.     

顶入式与侧入式搅拌槽内混合特性的比较

应用计算流体动力学方法(CFD)对顶入式与侧入式搅拌槽内的流型特征、混合过程进行了数值模拟。计算采用标准k-ε湍流模型、多重参考系法和滑移网格法研究了2种形式搅拌槽的混合效率,分析了不同槽高径比H/T及桨型对侧入式搅拌槽混合性能的影响,并使用文献数据与碘一硫代硫酸钠褪色法对模拟进行了验证。结果表明:四斜叶开启涡轮桨(PBTD45)运行下顶入式与侧入式搅拌槽内主体循环均是轴向循环流;在H/T=1的搅拌槽中相同功耗情况下,顶入式搅拌的混合效率比侧入式搅拌的高,混合时间减少了约28.2%;侧入式搅拌在较低H/T比的搅拌槽内的混合效率较高,当H/T=0.6左右时侧入式搅拌的混合效率与顶入式(H/T=1)接近。PBTD6030桨与FE-4桨较适合侧入式搅拌槽中的混合操作。     

随动式动态混合器固液混合的实验研究

为了更精确地描述固体颗粒在随动式动态混合器中的分布,在研究管内颗粒分布情况时引入电荷耦合元件（CCD）图像测量系统。采用内置低流阻螺旋转子探讨有无内置低流阻螺旋转子、不同固体颗粒密度、不同连续相流体流速对管路固液混合效果的影响。结果表明：管内加入低流阻螺旋转子后,密度与水接近的固态颗粒的混合效果较光管得到了明显的改善;连续相流体速度为1 m/s时,管内加入低流阻螺旋转子后,密度与水接近的固态颗粒混合效果最好。     

全金属单螺杆油泵工作性能的全参数分析

针对全金属单螺杆泵运行参数和结构参数对其工作性能影响不明确的问题,开展了全金属单螺杆泵运行参数和结构参数对泵工作性能影响的研究,研究中采用了基于FLUENT的全金属单螺杆油泵3D数值分析技术,获得了黏度、转速和级增压值对泵的排量、功率、容积效率和系统效率的影响以及定转子间隙、偏心距和定子导程对泵的排量、功率、容积效率和漏失量的影响,并进一步得出了该结构在稠油热采时宜采用较高转速而稠油冷采时宜采用低转速的结论,此外,得出稠油热采时定转子间隙值宜取0.1~0.3 mm、偏心距宜取5.0~6.0 mm、定子导程宜取170~200 mm;稠油冷采时定转子间隙值宜取0.3~0.5 mm、偏心距宜取4.0~5.0 mm、定子导程宜取110~150 mm。