搅拌槽内轴向对流循环的试验

以搅拌槽内单相湍流流场为研究对象,采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对MK和ZHX搅拌器进行流场测试,得到不同几何参数的搅拌器在不同工况下的时均速度场分布.在此基础上计算挡板前轴向速度梯度的分布,由速度梯度的衰减确定搅拌槽内轴向对流循环的有效作用范围,并考察桨型、叶轮离底间隙和叶轮转速对轴向对流循环有效作用范围的影响.试验结果表明,在液面高度等于槽径时,轴流桨搅拌槽内轴向对流循环的有效作用范围与桨型、叶轮离底间隙和叶轮转速无关,高度为槽径的2/3.     

絮凝搅拌器内部流场特性数值模拟

在气液交界面形态对比和LDV试验验证基础上,基于CFX 侵入式实体模型,应用标准k-ε湍流模型对容积为1 L的絮凝搅拌器内部流场特性进行了数值研究.结果表明:下循环区的流体运动速度和速度梯度较大;搅拌强度增加,速度梯度增大;转速对叶轮附近切向速度梯度影响最大,该区域切向速度梯度值与其他区域最大相差两个数量级;下循环区湍流耗散率、湍流动能和涡流黏度较高;在研究转速范围内,转子转速对湍流动能影响相对较大,对涡流黏度影响相对较小.     

固液混合过程的数值模拟及实验研究

基于计算流体动力学(CFD)方法,对搅拌槽中的固液混合过程进行数值模拟,研究不同转速下固液相的分布规律,并得到固体颗粒完全离底悬浮的临界转速。结果表明,对于平直叶涡轮式搅拌器,当安装高度为100 mm时,随着涡轮式搅拌器转速的逐渐增大,槽底的中心沉积区逐渐减小,固体颗粒在300 r/min的转速下达到完全离底悬浮;对于斜叶涡轮式搅拌器,固体颗粒在250 r/min的转速下达到完全离底悬浮。通过与实验结果比较,可以认为CFD方法能够较好地还原搅拌过程。此外,通过改变搅拌器叶片的角度以及搅拌器的安装位置,明确了斜叶涡轮式搅拌器更适合固液混合体系,并且在安装高度为直径的0.5～0.8倍时,能够在较低的临界转速下,使固体颗粒达到完全离底悬浮,明显降低搅拌功耗,具有良好的经济效益。     

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。     

卧式双轴搅拌槽的液固两相流数值分析

采用液固两相流的数值模拟方法,针对卧式双轴搅拌器的均质混合,运用FLUENT软件结合非结构化网格划分、Eulefian多相流模型、RNG k-ε湍流模型及离散相模型,在非稳态条件下数值模拟卧式双轴搅拌槽的速度分布、压力分布、湍流强度及颗粒轨迹线的规律,分析不同工况对均质混合效果的影响,并获得搅拌轴扭矩及流场冲刷磨损率.在此基础上,分析搅拌功率、搅拌效率和叶片冲刷磨损率的变化规律.研究结果表明:搅拌功率随粒径增大而减小,随体积分数的增大而增大,与转速近似线性关系;当转速高时,搅拌效率高,且粒径和颗粒体积分数对搅拌效率影响小;当颗粒体积分数大时,磨损量大;当粒径增大时,磨损率先增大后趋于平稳.     

顶吹搅拌液相流体的水模实验与数值模拟分析

采用水模型和VOF数学模型对浸没式气体顶吹搅拌液相流体分别进行实验与数值模拟,分析在不同喷吹条件下气泡在液相中的形变、运动及液相流体的流场特性。结果表明,随着气流量和喷管浸入液面深度的增加,气-液混合区域分布范围逐渐扩大,液面波动更剧烈;气流量越大、喷管浸入液面越深、液相温度越高,气泡运动对液相流体内部的搅拌作用越强,流体内部扰动越剧烈,液相流场域中的流场速度越大,其中,当气流量为2.0m3/h、喷管浸入液面深度为340mm时,其液相流场速度最大值达到1.18m/s。     

HSX型规整填料流体力学的CFD研究

通过多尺度方法,对HSX填料进行计算流体力学(CFD)模拟,得到了局部平均液膜厚度、气液有效润湿面积及全塔压降等数据。其中,通过建立二维和三维流体体积(VOF)两相流模型,分别计算了不同气液速度对液膜厚度及有效接触面积的影响。最终模拟压降结果与实验结果吻合性较高,表明CFD可以作为设计、改良填料的有效工具。     

单帧单曝光图像法对粉雾剂粉末模型分散效果的研究

利用单帧单曝光图像法(SFSEI),从相互垂直的2个方向分别对不同流量的气流分散作用下的粉雾剂粉末模型的分散粒径(及粒径分布)和颗粒速度(及速度分布)进行测量;将结果与激光衍射法、数值模拟法进行比较;分析了SFSEI法在粉雾剂分散效果测量中的适用性。研究结果表明:实验中颗粒统计数量在750以上时,所得平均粒径和平均速度结果无明显差异;对于实验条件和流道结构,竖直方向拍摄比水平方向拍摄得到的结果更接近激光衍射法和数值模拟的结果;同时,颗粒速度的测量会受粒径大小的影响。使用SFSEI方法时应尽可能减少离焦颗粒比例以提高测量精度,在气体流量较低的情况下更易于实现较高的测量准确性。     

圆盘反应器内流动和成膜性能的数值模拟

采用流体体积函数法(VOF)对卧式旋转圆盘反应器的流动和成膜特性进行了数值模拟,并考察了圆盘转速和反应器内液位高度对液膜厚度及分布的影响规律。研究结果表明,VOF方法能够较好的模拟圆盘反应器内液膜的流动和成膜特性,反应器内液相流场、成膜过程、液膜厚度及分布的模拟数据与实验结果吻合良好;液膜厚度随圆盘转速增加而增大,液位高度的变化对其影响不大;圆盘成膜具有最低转速和最低液位;同时模拟得到了圆盘表面液膜的分布规律。     

基于CFD的多层桨叶组合搅拌器的优化

针对50 L发酵罐搅拌器组合选择类型复杂多变的问题，设计4种不同桨叶组合的三层搅拌桨模型，运用CFD软件对设计的4种组合桨发酵罐进行气液两相流数值模拟。通过对发酵罐中有无通气进行比较，研究通气对罐内流场的影响，并对通气后不同桨叶组合下的液相速度云图、搅拌功耗、体积传质系数以及气相体积分数进行分析，选取混合效果最好的桨叶组合。结果表明：通气会使罐内流场的轴向速度增强；通气条件下不同桨叶组合产生的流场特性会有所不同，上下层桨叶为径向流桨叶，中层桨叶为轴向流桨叶的桨叶组合所形成的流场速度分布更加均匀，能为发酵罐在搅拌过程中物质的扩散与混合提供更好的条件；不同的桨叶组合会产生不同的K_La值；下桨叶选择六直叶圆盘涡轮桨的桨叶组合其气体分布更加均匀；在搅拌功率方面，搅拌组合B功耗最高，搅拌组合D功耗相对较低，且在三个轴向流桨叶中螺旋桨功耗最低，综合分析选取组合D为最优桨叶组合。研究结果可为气液两相流发酵罐的设计与选择提供理论依据。