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.     

过渡流搅拌槽内单颗粒悬浮特性的实验研究

利用高速摄像技术对过渡流搅拌槽内单颗粒的运动特性进行捕捉,分析了搅拌雷诺数及桨叶离底高度对颗粒悬浮运动的影响规律,并使用二维粒子图像测速技术得到搅拌槽内的流场信息。研究结果表明：颗粒的临界悬浮转速随桨叶离底高度的降低而降低;桨叶离底高度对颗粒在槽底的运动影响较大;颗粒在垂直离底悬浮后,于桨盘下方附近螺旋上升或作持续的螺旋状圆周运动;搅拌雷诺数升高对颗粒垂直上升的最大高度和最大速度影响较小,但会减小垂直上升过程中桨盘的转动圈数;颗粒螺旋上升是由于轴向流场在颗粒停滞位置向两侧产生了分叉;颗粒的悬浮主要是由流体的主体流动引起的。     

无挡板搅拌槽内固液悬浮的试验

在直径为0.34 m的无挡板平底圆筒搅拌槽内,采用PBT和ZHX两种搅拌桨对固相体积分数为20%的玻璃微珠-水固液两相体系的悬浮特性进行试验研究.采用固体激光器和数码相机分别研究了搅拌桨离底间距和桨型,以及偏心搅拌时偏心率对固相颗粒的悬浮状态与悬浮临界转速及功率消耗的影响,得出了无论是同轴搅拌还是偏心搅拌,搅拌槽底部边缘角落区的颗粒都不能沿周向同时悬浮.搅拌桨离底间距较低有利于颗粒的悬浮,所耗功率愈小,在相同工况下固相颗粒的悬浮效果PBT型桨优于ZHX型桨,偏心搅拌时,颗粒悬浮临界转速和功率消耗均较同轴时的大,且随偏心率的增加而增大,因而,对高浓度固液两相体系的悬浮混合不宜采用偏心的搅拌装置操作.     

固液搅拌槽内桨叶启动过程中的两相流动特性

将折射率匹配技术与粒子图像测速技术结合,测量了固液搅拌槽内桨叶启动过程中的两相流动特性。实验所用搅拌槽为平底方槽,搅拌桨为45°四斜叶桨,桨叶搅拌雷诺数389~2 332,固体颗粒的最大体积分数15%。实验考察了桨叶操作方式、搅拌转速和固含率对搅拌槽内瞬态颗粒分布和颗粒床层处瞬时流场的影响规律,结果表明：相同转速下桨叶为上提操作时流体对颗粒床层的侵蚀作用强于下压操作,颗粒开始悬浮的时间早,但悬浮高度较低;随着搅拌转速的增加,流体对颗粒床层的侵蚀作用增强,体系达到稳态后搅拌槽内颗粒云的均一度和高度也出现上升趋势;固含率从5%增加至15%时,搅拌槽内悬浮起的颗粒数量增加;流体侵蚀颗粒床层的临界速度范围在0.1~0.25 m/s。     

斜叶涡轮搅拌槽流动场数值研究

利用ｋε湍流模型模拟了斜四叶涡轮搅拌槽内不同条件下宏观流动场, 研究了搅拌桨与搅拌槽直径比（ Ｄ／ ＤＴ） 、桨叶离槽底距离（Ｃ） 对搅拌槽内宏观流动场的影响。数值模拟结果表明, 桨叶离槽底距离与槽径之比较小（ Ｃ／ ＤＴ＝０－３３）时, 叶轮区域轴向流动较强, 在整个ｒｚ 断面形成一个整体循环。随着桨叶离槽底距离增加, 叶轮区径向流动增强, 当Ｃ／ ＤＴ＝ ０－５ 时, 在搅拌桨下方区域形成二次循环区。搅拌桨与搅拌槽直径比较小时（ Ｄ／ＤＴ＝ ０－３３） , 挡板前后宏观流动场差别很大, 在挡板后面区域, 流体在桨叶安装位置高度附近转向轴心流动, 槽体上半部区域形成二次循环区域, 且二次循环区域内流体以向上流动为主。     

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.     

固-液搅拌槽内颗粒离底悬浮临界转速的CFD模拟

使用计算流体力学(CFD)软件FLUENT对固-液搅拌槽内颗粒离底悬浮临界转速进行了CFD数值模拟。搅拌槽直径T=500mm，四块挡板均布，搅拌桨为标准六直叶涡轮桨。两相物系为石英砂-水，固体体积分数为5%。文中使用不同的方法作为颗粒离底临界悬浮的判据，推算出颗粒离底临界悬浮转速N_js，计算得出的N_js值和文献数据比较有较好的一致性。同时研究了搅拌槽内的固体浓度分布和固、液两相的速度分布；比较了6个不同搅拌转速下的固体颗粒悬浮状况。     

双层桨叶搅拌罐内固液混合均匀度研究

为提高工程中双层搅拌罐的搅拌均匀性,使用ANSYS Fluent,通过Euler多相流模型以及标准k-ε 的湍流模型对双层桨叶搅拌罐内固液混合过程进行模拟。分析了不同转速、桨叶的直径和桨叶间距离对搅拌罐内固液混合均匀度影响,并结合罐内速度对固液混合过程进行定量分析。结果表明：当转速低于300 r/min时,搅拌罐内不会出现均匀悬浮,当转速为300、400 r/min时,出现完全离底悬浮,继续增大转速反而降低搅拌效果;当桨叶直径为0.5 D时,搅拌罐内固相分布均匀性好;当桨叶距离为390 mm,J1型桨叶的固相有较好的悬浮,当桨叶距离为440 mm,J2型桨叶的固相有较好的悬浮;当距离大于440 mm时,固相大多沉积在搅拌罐底部;桨叶直径和桨叶数量对 几乎没有影响,转速对 影响较大;在J1型桨叶组合,转速为400 r/min、桨叶距离为390 mm时的 最低;在J2型桨叶组合,当转速为300 r/min、桨叶距离为440 mm时的 最低;转速为300 r/min时J2型桨叶搅拌更好,转速为400 r/min时,J1型桨叶搅拌更好。在最佳参数组合下,搅拌24 s即可达到最好的搅拌效果。     

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。     

搅拌槽内不同桨型组合的气-液分散特性

在直径为0.476m的椭圆底搅拌槽内,分别研究径向流桨（八弯叶涡轮CDT-8）组合、轴流式搅拌桨（四叶宽叶翼形WH桨）组合及混合流型组合桨（径向流的六叶半椭圆管盘式涡轮HEDT与三窄叶翼形桨CBY）的通气功率及气含率,并得到了相应的通气功率和气含率的经验关联式。结果表明：HEDT底桨配合CBY轴流桨的混合流组合桨的RPD值下降最少,轴向流组合次之,而径向流组合桨R_PD下降最多;在相同的通气搅拌功率下,在低通气量时,轴向流组合桨的气含率最高,在较高的通气流量时,混合流及径向流组合桨的气含率相当,均高于轴向流组合桨。文中的研究结果可为工业多层桨气-液搅拌槽/反应器的优化设计提供参考。     

温度对气-固-液三相搅拌反应器内气液分散特性的影响

在直径为0.476m的椭圆底搅拌槽中,采用以半椭圆管盘式涡轮（HEDT）为底桨、上提操作的宽叶翼形桨（WH_U）为中、上层桨的三层组合桨,研究24℃～95℃范围内不同温度下气-液-固体系中搅拌功率、气含率及固体颗粒完全离底悬浮特性。结果表明,体系相对功率需求（通气功率与不通气功率之比）RPD随温度的升高而增大,但随固含率的提高,温度对RPD的影响程度减弱。气含率随温度的升高而明显下降,其下降的幅度也随固含率增加而减小。本文结果及通气功率、气含率关联式对于工业热态通气三相搅拌反应器设计和操作具有一定的参考价值。     

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。     

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。     

双螺带-螺杆搅拌桨在不同流体中的搅拌流场特性

采用计算流体力学方法对双螺带-螺杆搅拌桨在层流域内的搅拌流场进行了数值模拟,考察流体为高黏牛顿流体和假塑性非牛顿流体数值模拟计算得到的功率值与实验测量值吻合较好;双螺带-螺杆搅拌桨的功率常数为162．7,Metzner常数为19．0;搅拌雷诺数以及流体的流变指数对非牛顿流体搅拌流场的无因次速度、循环量数均有不同程度的影响;与双螺带搅拌桨相比,双螺带-螺杆搅拌桨能在一定程度上提高全槽平均剪切速率和平均速度研究进一步认识了双螺带-螺杆搅拌桨的混合性能特点,为高黏流体搅拌桨的设计、应用以及开发新型搅拌桨提供了指导和参考     

轴流桨特性准数与搅拌釜内能耗分配的理论计算

从搅拌桨的力与力矩平衡这两个基本方程出发，推导出轴流桨功率准数、流量准数与搅拌釜内能耗分配的理论计算式，并计算了桨叶的叶片安放角、盘面比、叶片形状、翼型、叶片的相对厚度、轮毂比对桨叶性能的影响。     

热态气-液-固三相搅拌反应槽的气-液分散特性

在直径为0.476m椭圆底搅拌槽内,以空气-去离子水-玻璃珠为实验物系,选用HEDT+WHU组合桨型,在体系温度为80～82℃时,研究热态体系中固相浓度、搅拌转速、通气流量等操作条件对气-液-固三相体系的功率消耗及气含率的影响规律。研究结果表明：在其它条件相同的情况下,热态的相对功率消耗(K)明显高于常温体系,而固相浓度对K影响不大。热态的气-固-液三相体系的气含率明显小于常温体系,但随着固含率的增加,两者气含率的差异逐渐变小。与常温体系中固体颗粒的存在对气含率基本无影响的规律不同,热态的气含率随固相浓度的增加而增加。     

自吸式涡轮搅拌桨的性能研究

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。