涡轮桨搅拌槽内混合过程的数值模拟

文中采用FLUENT软件对六直叶涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟,选用多重参考系法(MRF)及标准kε模型,将速度场与浓度场方程分开进行求解,所得的混合时间的模拟结果与实验值相吻合。同时用计算机流体力学(CFD)方法研究了不同的加料点、监测点位置及操作条件对混合时间的影响规律,模拟结果表明:混合过程主要由搅拌槽内的流体流动所控制,混合时间与加料点及监测点位置密切相关。研究结果对于工业搅拌反应器的优化具有一定的参考意义。     

双层涡轮桨搅拌槽内混合过程的数值模拟

采用FLUENT软件对双层六直叶涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟,选用RNG标准κ-ε模型及多重参考系法(MRF),通过改变网格策略,增加网格数量,并降低浓度收敛残差的方法,将速度场与浓度场方程分开求解,预测了不同的加料点、监测点位置及操作条件对混合时间的影响规律。模拟结果表明:搅拌功率的模拟值与实验值吻合良好,但由于模型基于各向同性的假设,且双层六直叶涡轮桨两桨之间子域的存在,混合时间的模拟结果与实验值有较大的误差。     

组合桨搅拌槽内混合过程的实验研究及大涡模拟

采用实验研究和数值模拟相结合的方法对直径为0.19m的三层组合桨 (HEDT+2WH_U) 搅拌反应器（直径0.48m）内的混合过程进行了研究。实验采用褪色法和光功率计相结合的方式,考察了7个不同监测点对混合效果的响应情况,并利用高速相机记录了示踪剂在反应器内的浓度分布随时间的变化。数值模拟采用LES模型对反应器内的混合特性进行研究,并与标准k-ε模型的模拟结果和实验数据进行对比。结果表明示踪剂从液面加入后,依次到达中层桨上方、顶层桨和中层桨之间以及底层桨下方的3个循环子域,在每个子域中,示踪剂先进行轴向扩散再沿径向和切向扩散;中层桨位置处测得的混合时间最短,并分别向液面和槽底依次增大;LES预测的示踪剂浓度分布与实验结果吻合,而标准k-ε模型预测的示踪剂浓度分布不准确;数值模型预测的混合时间在轴向的分布与实验吻合,数值偏大,标准k-ε模型的预测偏差为35%相似文献   

固-液搅拌槽内槽底流场的CFD模拟

使用计算流体力学CFD软件CFX-5.5.1对搅拌槽内固液流场进行了数值模拟。搅拌槽直径T=476mm, 槽内均布四块挡板,搅拌桨为CBYⅢ桨。两相物系采用玻璃珠-水体系,固体体积分数Фv为5.4%。文中使用标准κ-ε模型计算了清水与固液两相的流场,考察了槽内的流场的分布对固体颗粒悬浮状况的影响,同时把槽底的清水和Фv为5.4%的固液两相模拟结果与实验结果进行了对比,模拟结果与实验较吻合。     

涡轮桨搅拌槽内流动及尾涡特性研究

采用颗粒成像测速仪（PIV）,实验测定了相同功率下两种不同叶片长度的六直叶涡轮桨（RT桨）的流动场,分析了叶片长度对液相速率、湍流动能和尾涡特性的影响规律,并研究了桨叶离底距离对尾涡特性的影响。结果表明,径向速率分布差别不大,而长桨叶的轴向速率大于短桨叶,最大相差达40%。对于湍流动能,二者在近桨叶区数值相近,但在远桨叶区长叶桨较短叶桨的湍动要强,最大差值30%;对于尾涡特性,上下尾涡发展轨迹、涡量大小是不对称的,下尾涡较上尾涡发展稍快,且涡量较大,涡量大20%左右。     

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。     

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。     

轴流桨搅拌槽内的微观混合特性

微观混合对快速复杂反应有着重要的影响.本研究采用竞争平行反应工作体系,在直径为0.476*!m的搅拌槽内就加料时间、搅拌转速和加料位置等对产物分布的影响进行了系统的实验研究,并采用E-模型对实验结果进行了模拟计算,模拟结果与实验值的趋势相一致.本工作的研究结果可为工业搅拌反应器的设计及放大提供参考.     

涡轮桨搅拌槽内流场的数字PIV测量

为研究机械搅拌槽内的流场特性,用数字粒子图像测速仪对桨叶直径与搅拌槽直径比约为0.5的涡轮桨搅拌槽内流场进行了测量。实验发现测量值随时间的随机脉动非常剧烈,为准确获取时均速度场,确立了多采样点平均的实验方法并进而找出了最佳采样点数。在获取的时均速度场的基础上计算了流量准数、涡量和湍动能的分布,考察了转速和测量面位置对流场的影响。结果表明:湍动能分布不均匀,在叶轮区较高,而在主体区较小;由于自由液面的作用,湍动能在高度方向上呈非对称性分布,并且这种非对称性随转速的变化而变化。     

搅拌槽内桨型对微观混合的影响

在直径为0.476m的搅拌槽内,采用平行竞争反应体系,就不同的桨叶型式、加料时间、搅拌转速、加料位置对产物分布的影响进行了系统的实验研究,并采用涡旋卷吸模型对实验结果进行了模拟计算。本工作的研究结果对于工业用搅拌反应器的设计及放大具有一定的参考意义。     

非结构化四面体单元用于搅拌设备流场的计算

采用非结构化四面体单元,利用滑移网格技术模拟了搅拌设备内的非定常流场。通过搅拌桨叶端时均速度、功率准数与实验值的对比,量化考察了不同因素对计算精度的影响,指出了建模过程中网格划分和参数设置应遵循的原则,为非结构化四面体单元进一步用于搅拌设备CFD分析提供了可靠的理论依据,从而为基于CFD技术的具有复杂型面的新型搅拌桨的开发打下基础。     

用CFD研究搅拌器的功率曲线

文中用计算流体力学的方法研究了搅拌器的功率曲线 ,对不同雷诺数范围分别进行了模拟。流动场的计算采用多重参考系法。在层流区 ,计算得到的功率曲线与文献数据趋于一致 ;在过渡流区域 ,选用不同的模型进行模拟 ,各种模型的计算结果相差不大 ;在湍流流区 ,计算得到的功率准数误差在工业许可范围内。     

内置翼片管式静态混合器混合效果的大涡模拟

采用大涡模拟方法对内置翼片管式静态混合器内部的流场和浓度场进行了研究,对比了3种不同结构尺寸的翼片的混合效果和沿混合器轴线的压力损失.数值模拟结果表明小翼片的压力损失最小(ξs=0.52),但混合效果最差;长翼片的混合效果略好于大翼片,但其压力损失仅为大翼片的67%(ξl=2.31,ξb=3.41).同时还发现,在长翼片背后可形成两个逆向旋转的大涡,使混合器中心区域速度梯度增大,剪切作用明显,湍流强度增强.该流场结构能有效地驱使混合器中心高浓度流体流向壁面,从而增大高浓度流体和低浓度流体的接触面积,改善混合条件,故长翼片是一种值得推广使用的翼片结构形式.     

搅拌设备内流场的数值研究

利用滑移网格法计算了六直叶Rushton涡轮搅拌设备内的流场。考察了计算流体力学(CFD)模拟搅拌设备流场的预测能力,分析了搅拌桨叶端及附近区域的流动行为。结果表明：CFD计算的时均速度与实验结果一致,CFD技术与实验手段可相互补充;搅拌桨叶片端部的速度分布并非关于叶片高度的中心位置严格对称,搅拌设备的流场结构并非完全由搅拌桨的行为决定;六直叶Rushton涡轮叶端附近区域最大径向速度点与最大切向速度点不在同一个位置,径向速度在叶端附近区域有一个流动发展的过程。     

静电纺纳米纤维的纺程形态模拟

采用计算流体动力学(CFD)对静电纺射流进行计算机模拟,采用POLYFLOW软件在二维空间上对稳定段射流的运动形态进行2D模拟,采用FLUENT软件对不稳定段射流运动形态进行3D模拟.采用专用前处理软件GAMBIT建立几何模型和生成网格.模拟结果显示:当溶液流速不变时,射流直径随牵伸力的增加而变小;但当牵伸力太大时,射流在运动的过程中不再仅仅是变细,在某一位置会出现先变粗再变细的情况;当牵伸力达到一定程度时,稳定射流消失.对于不稳定射流的模拟结果发现:在牵伸力小的情况下,射流容易发生弯曲;在牵伸力大的情况下,射流发生弯曲的位置即不稳定点离喷头远.模拟结果与实验结果十分吻合.     

动力降尺度方法在辐射雾大涡模拟中的应用

针对大涡模拟(LES)计算精确但耗费大量计算机资源的特点,采用动力降尺度的方法,把传统的边界层(PBL)方案与LES模拟相结合,利用WRFV3.7模式四重到五重嵌套网格,以华北地区一次辐射雾为例进行模拟,试图保留LES计算精确的特点,并减少计算机时。结果表明,动力降尺度方法能够准确地预报雾的发生,与同样水平分辨率的LES模拟相比,四层嵌套网格节省47.02%计算机时,五层嵌套网格节省67.67%计算机时,可以为未来高分辨率业务预报系统的LES模拟实现提供一种可能性。