高效搪瓷板框桨的悬浮特性研究

以化工、医药等行业中涉及的固体悬浮问题为背景，设计开发了高效搪瓷板框桨（ＭＧＩ）。通过冷模实验探讨了这一搅拌器的悬浮性能、功耗及混合时间；给出了Ｒ１－ＭＧＩ桨临悬浮搅拌转速及Ｒ１、Ｒ６－ＭＧＩ桨功率准数的关联式。实验结果表明：ＭＧＩ桨结构简单、易搪瓷化，悬浮瓷化，悬浮性能良好；同锚式桨、翼型轴流桨相比，其悬浮均匀性可明显提高，且具有较低的颗粒临界悬浮转速（ｎＪｓ）；在相同功耗下，Ｒ６－ＭＧＩ桨与锚     

锚式和螺带式搅拌桨功率准数关联式的确定

通过对不同几何尺寸的搅拌奖和搅拌槽进行大量搅拌功率的测定,同时综合了已发表文献的实验数据,用多元回归分析法得出了适用了锚式和螺带式搅拌奖的关联式 锚式搅拌桨: 螺带式搅拌桨: 本文还逐项分析了搅拌桨主要几何尺寸对搅拌功率的影响。 对于假塑性非牛顿流体,只要把其表观粘度取代牛顿流体的粘度,就可用本文推荐的关联式计算所需搅拌功率。     

不同搅拌桨对反应结晶效果的影响

在直径为0.285m的立式搅拌槽中，通过测定氯化钾溶液结晶的平均粒径、分布以及不同桨型的混合时间，对CBY桨、锚式桨等桨型在反应结晶过程中的效果进行了实验研究。结果表明，大直径(D/T=0.67)的下压式两叶CBY+三叶后掠桨的组合，最适用于反应结晶过程，而工业中适用于降温结晶操作的锚式桨，不能同时满足结晶与反应的要求。晶体平均粒径d_m与叶端线速度v的0.15~1.76次方成反比，晶体大颗粒分数x_(0.45~0.6mm) 与叶端线速度v的1.7~3.59次方成反比。     

偏心搅拌槽内高浓度浆液颗粒的悬浮特性

以直径为0.34 m的无挡板平底圆筒形搅拌槽为研究对象,对偏心搅拌槽内高浓度浆液中颗粒的悬浮特性进行了数值研究,分析了45°的4斜叶开启涡轮式搅拌桨(PBT)和3窄叶整体板式螺旋桨(ZHX)2种桨型在不同偏心率和转速时,搅拌槽内的流型分布、颗粒体积分数分布、完全离底临界悬浮转速以及功率消耗,并与试验结果进行了对比.结果表明:对于高浓度浆液,偏心搅拌打破了中心搅拌时流场结构的对称性,提高了流体的轴向循环能力,颗粒悬浮效果优于中心搅拌;固体颗粒的悬浮效果与搅拌桨在槽内的偏心位置有关,当偏心率E=0.4时颗粒悬浮效果最佳,但偏心搅拌会增大颗粒的完全离底临界悬浮转速和设备的功率消耗,不利于节能降耗.     

搅拌对微波加热过程中热点形成的影响研究

目前,微波作为一种新型的加热手段已经被广泛应用于化学各个领域中,微波加热过程中由于热点现象存在而造成的危险不容忽视.文中利用有限元方法联合求解了包括电磁场方程、流体力学方程和热传导方程在内的多物理场方程组,研究了搅拌速度的变化对微波加热去离子水过程中热点形成的影响.分析结果显示：搅拌并不能完全消除微波加热过程中的热点.     

笼式通气搅拌桨的流体循环、混合及液体夹带

研究了具有双层笼式通气搅拌桨的Cell Cul-20A生物反应器的流体循环、混合及搅拌桨的液体夹带特性。理论分析及实验结果表明,适当地增大搅拌桨直径及导流筒内径,有利于增强混合效果。搅拌桨的液体夹带有助于提高氧传递速率,但在实际的培养细胞过程中,丝网内液位下降显著,因此靠增大液体夹带量来提高反应器的传质系数是不现实的。     

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.     

双搅拌高效澄清萃取槽混合室均混时间的数值模拟

利用CFD软件FLUENT120,采用Realizablek-ε湍流模型、Eulerian多相流模型及Morsi Alexander相间曳力系数模型,使用滑移网格法处理桨叶的旋转区域,对新型萃取槽混合室内的液-液体系的均混时间以及搅拌功率进行数值模拟.结果表明:随着搅拌转速的增大,搅拌桨消耗的功率增加,水油两相的均混时间减小.搅拌桨转速达到400r/min后,增大转速则搅拌功率继续增大,但对液-液两相均匀混合时间的影响不大.     

多物理场耦合仿真对流在微波加热中的作用机理研究

微波炉加热水或者牛奶等液态食物时,在温度横向分布向不均匀的同时会出现比较明显的纵向不均匀,其特点是上部的温度高于底部温度,最终导致微波加热不充分.为了分析温度纵向不均匀性产生的作用机理,以进一步提高加热效果,本文使用了多物理场仿真软件,模拟了微波与常规电热器等底部加热方式加热一杯水时温度变化的情况.通过分析对流现象对电场与温度分布的影响,我们发现：由于微波加热的不均匀导致对流只发生在局部区域,无法形成类似于电热器底部加热方式中自下而上的对流,最终导致了温度分层的现象.     

错位Rushton桨的水动力学特性

为了揭示错位Rushton桨的混合机理,采用计算流体动力学方法,对层流和湍流水动力学特性进行了研究.首先通过与文献中实验结果的比较,验证了所建数值模型及模拟方法的可靠性,然后重点分析了错位桨搅拌槽内的尾涡、流场和搅拌功耗.结果表明:与标准Rushton桨相比,相同转速时,错位桨能减小尾涡尺寸,降低搅拌功耗,而且桨叶宽度越小越有利,但过低的桨叶宽度不利于增大流体速度及速度分布的均匀程度.相同搅拌功耗时,桨叶宽度为3 D/20和D/5(D为搅拌桨直径)时错位桨的搅拌效果明显优于标准搅拌桨,两者对流体速度提高的幅度相当,但桨叶宽度为3 D/20时的尾涡尺寸小,故为推荐桨叶宽度.     

偏心搅拌槽内固-液悬浮特性研究

为研究偏心搅拌时的固-液悬浮特性,采用PC-6D浓度测量仪研究了Rushton桨偏心搅拌槽内石英砂-水两相体系的悬浮过程,分析了偏心搅拌时的固-液悬浮特征,测量了不同偏心率时的固相浓度分布和功率消耗,并与中心搅拌进行了对比.结果发现:偏心搅拌时的临界悬浮转速和功率消耗均随偏心率的增大而增大,偏心率较小时的临界悬浮转速比中心搅拌时低,相同搅拌转速时偏心搅拌的功率消耗比中心搅拌时大;偏心搅拌时的固相浓度分布比中心搅拌均匀,偏心率为0.2时的悬浮效果最好,此时的临界悬浮转速约为中心搅拌时的80%,能节省功率消耗.     

四斜叶桨搅拌槽内部流场PIV试验研究

针对搅拌槽内非牛顿流体混合不均匀问题,基于无接触式粒子图像测速技术(PIV)研究了四斜叶桨带挡板搅拌槽内非牛顿流体流场流动状况.PIV试验采用透明的黄原胶溶液作为非牛顿流体.试验结果表明:搅拌转速的变化不仅改变流场的流型,也改变流场的流速分布、湍动能分布及涡量分布的位置和大小;随着搅拌转速的减小,主循环流和反向小循环流的涡心向上偏移,同时在向上偏移过程中,涡型逐渐减小,电机驱动功率也随着搅拌转速的减小而减小;黄原胶溶液质量分数的增大影响了流场的主循环流的流动范围,使搅拌桨下部区域的流动强度明显减小,同时也导致了整个流场流速降低和流体流动传递距离减小,故高搅拌转速是非常有必要的.     

最大叶片式桨在黄原胶假塑性流体中的传热性能研究

研究了非牛顿假塑性黄原胶溶液中最大叶片式搅拌桨的传热性能.考察了此桨在黄原胶溶液混合过程中的功耗、气含率、氧传质系数KLa等的变化规律以及通气和不同搅拌转速对搅拌釜内传热过程的影响,测得了不同操作条件下的温度场及传热系数,建立了Nu和Re,Pr之间的关联式.结果表明,最大叶片式搅拌桨的传热系数可以达到250W/(m2.K),能够强化高粘假塑性流体的传热过程.     

带搅拌装置的导热油夹套高温加热过程强化

针对目前导热油夹套高温加热存在的温度分布不均匀，传热系数和热效率低等不足，开发了一种新型传热夹套，即从夹套的上封板插入搅拌装置和电热棒，选用能促进轴向混合的螺旋桨叶，利用夹套的不对称性，通过搅拌装置有效促进导热油的湍流混合，强化传热，实验表明，在很低的转速下，整个夹套上的温度已经相同；随着转速的增加，夹套传热系数明显提高，新型搅拌传热夹套的传热系数是整体式夹套的3倍以上，是螺旋板式蜂窝点夹套的2．5倍以上，新型搅拌传热夹套特别适用于分子蒸发／蒸馏和中小型反应设备的加热过程。     

不等厚铝合金板材搅拌摩擦铆焊塑性连接机理研究

为了克服传统铝合金点连接技术存在裂纹、气孔、成形力大和气密性差等不足,实现铝合金板材的高性能点连接,提出了搅拌摩擦铆焊塑性连接新工艺原理,通过理论分析和试验研究,针对不等厚铝合金板材论证了新工艺原理的可行性。首先研究了铝合金板材搅拌摩擦铆焊工艺过程中材料流动行为和温度场分布,重点讨论了转速和持续加热时间对温度变化的影响规律,然后通过控制铆焊热输入量进行了工艺参数优化,并开展了螺纹铆钉式搅拌摩擦铆焊试验研究,最后验证了连接样件横截面材料组织分区与温度场分布的一致性,确定了该工艺的塑性连接机理。结果表明:转速和持续加热时间是影响搅拌摩擦铆焊接头力学性能的关键因素;3mm和4mm厚6061-T6铝合金板材搅拌摩擦铆焊的最优转速范围为1 000～1 400r·min-1,持续加热时间为3～15s;上下板材之间形成冶金结合,塑化材料与螺纹铆钉之间形成机械结合。因此,铝合金板材搅拌摩擦铆焊塑性连接机理符合预期,该新工艺原理有效可行。     

叶片结构对沥青混合料加热滚筒温度场分析

为了深入分析叶片结构对沥青混合料加热效果的影响,提高热风式沥青路面养护车的加热效率,文章建立了2种典型叶片结构的沥青混合料加热滚筒三维分析模型,采用有限容积法,利用混合模型、滑移网格模型、标准κ-ε双方程模型和传热模型对沥青混合料的加热过程进行数值模拟,得到滚筒出风口温度变化曲线与滚筒内温度场分布云图,分析了叶片结构、滚筒转速对沥青混合料加热效率的影响。研究结果表明:滚筒转速对L形叶片结构加热效率影响较大,原因是转速对提料叶片形成料帘的影响较大,转速为7r/min时,加热效率最高,用时最短为1 670s,同时混合料温差最小,加热均匀性最好;滚筒转速对螺旋结构叶片加热效率影响不大,为降低能耗,转速为5~6r/min最佳。     

双层错位CD-6桨搅拌槽内的气液混合性能

为了提高搅拌槽内气体的分散能力,设计了一种错位CD-6桨,采用计算流体动力学方法对其气液混合性能进行了研究.分析了不同转速和通气量时搅拌槽内的流场、气含率和搅拌功耗,并与标准CD-6桨的数值模拟及相关文献中的实验测试结果进行对比.研究结果表明:标准CD-6桨的模拟结果与实验及文献结果符合较好,验证了所建模型和模拟方法的可靠性;与标准CD-6桨相比,相同操作条件下,错位CD-6桨搅拌槽内流体的湍动程度高,气体分布均匀,搅拌功耗略低,而且通气后的功率下降幅度小,因而更适用于气液混合操作.     

微波多模腔金属边界移动对加热的影响研究

微波加热作为一种新型、高效的加热方法,在化学催化及材料处理等方面有着巨大的优势,但是微波加热的非均匀性限制了其在化工等行业中的大规模应用.本文设计了一种可移动金属壁的微波加热多模腔.在加热过程中,通过单向移动微波多模腔的金属壁,实现腔体内电场分布的不断改变,从而达到提高加热均匀性的目的.在仿真计算中,通过使用移动网格方法实现了整个加热过程的模拟计算.通过与离散位置的电场值和端口反射系数比较,验证了计算方法的准确性.通过比较被加热物质的温度变异系数(COV),可以看出移动金属壁的微波多模腔的加热均匀性相对于固定尺寸的多模腔的提高了近18%~38%.同时,本文分析了不同金属壁移动方式对加热效果的影响,提出可根据材料的属性和要求,计算选择理想的金属壁移动方式,获得更优的处理结果.     

假塑性非牛顿流体搅拌功率的计算

本文简要地介绍了假塑性流体搅拌轴功率的计算方法,计算平均剪切速率时所需比例系数k值及其计算式和实验测定方法。我们对锚式搅拌桨在假塑性流体中的搅拌轴功率消耗正在进行研究测定,其结果将作为本文的续篇。     

混砂车搅拌罐内混合过程的数值模拟

为了在一定程度上弥补混砂车搅拌罐半经验设计方法的缺陷,以及指导搅拌罐的放大设计,基于Fluent对混砂车搅拌罐内混合过程进行非定常固液两相流的数值模拟。选用非结构化网格、标准k-ε湍流模型、Euler多相流模型、滑移网格法和SIMPLE算法,分析了搅拌区的流场、搅拌功率、固相颗粒分布规律以及混合时间。研究结果表明:搅拌流场的流动特性是上、下搅拌桨相互作用的结果;如何减小切向速度、增大轴向和径向速度是提高混合效果的关键;搅拌桨所受力矩、搅拌功率与转速的关系符合搅拌桨的常规特性;在本混砂罐搅拌均匀后,仍然有主体循环不能到达的区域,造成局部固相体积分数较低,可以通过增加搅拌罐挡板长度来优化流场;通过监测3个典型的点,获得各点浓度随时间的变化曲线,从而得到混合时间,这对实际工艺中混合时间的预测具有指导作用;数值模拟分析对混砂车搅拌罐的优化设计奠定了基础。