混砂车搅拌罐试验模型相似设计及数值模拟

以混砂车搅拌罐为研究对象,为了将试验搅拌罐的混合效果在混砂车搅拌罐中重现,以搅拌罐单位体积的搅拌功率作为放大准则,用几何相似的原则分别建立了结构尺寸为1∶1和1∶4的搅拌模型。为了尽可能地接近混砂车的实际工况,模拟中采用了连续输砂搅拌的方式,使罐内混合液达到一个边混合边排出的过程。利用Fluent软件分析对比,得到了在相同的混合效果前提下,试验搅拌罐与混砂车搅拌罐的转速关系式,使试验结果能够较好地转化到混砂车搅拌罐上。     

行星式搅拌釜混合性能的数值模拟

使用Fluent软件数值模拟行星式搅拌釜高黏熔体中固液混合过程,研究搅拌桨自转速度和安装高度对搅拌釜混合性能的影响.采用欧拉模型、动网格技术和用户自定义函数,在搅拌桨不同自转速度和安装高度下,数值计算了搅拌釜内固液两相流的流场、混合时间和搅拌桨的扭矩,用搅拌功率和单位体积混合能评价搅拌釜的混合效率.计算结果表明,搅拌桨自转速度从20r/mim提高到60r/min,物料混合时间缩短,搅拌功率和单位体积混合能增大,混合效率降低;搅拌桨安装高度从20mm增加到60mm,物料混合时间缩短,搅拌功率变化不大,单位体积混合能减小,混合效率提高.     

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     

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.     

推进式搅拌器固液混合的计算流体力学模拟

为了研究推进式搅拌器的固液混合性能并为设计和优化提供依据,通过建立其计算流体力学模型,探讨了固体颗粒由沉积在搅拌罐底部的初态达到稳定混合的过程.搅拌器旋转、固液两相混合和罐内湍流分别采用多重参考系法、欧拉模型和标准k-ε离散模型进行模拟,初态颗粒沉积由补丁函数实现.根据流速场、固颗粒分布、力矩与功率数据研究了不同工况对力矩、功率和悬浮状态的影响,并改进底部结构以减少底部沉积.数值仿真结果表明:推进式搅拌器轴向循环显著,颗粒分布较为理想,转速和体积分数增加会提高总力矩和功率,颗粒增大则会减小压力力矩、增大切应力力矩,并且加重沉积;底挡板能够减少底部沉积并且促进颗粒悬浮.所建模型和模拟结果能够有助于加深对推进式搅拌器流场特性的了解,并有利于对其进行设计和优化.     

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。     

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。     

基于PIV的仿生鲸尾型搅拌桨反应器流场研究

为增强搅拌反应器混合性能,本文基于仿生学思想,设计了一种鲸尾型搅拌桨,即WTT搅拌桨(Whale tail turbine),运用2D-PIV设备进行流场研究.结果表明:WT T搅拌桨相比RT(Rushton turbine)搅拌桨,可以提高流体的最大径向速度以及搅拌罐下部流体的轴向速度,而且远离桨叶时,轴向速度的提高...     

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.     

运用CFD研究钟摆式搅拌的混合效率

设计了一种钟摆式搅拌槽,对槽内流场和混合过程进行了数值模拟,分析了槽内流体的流动特性及加料方式对混合效果的影响。并对混合效率进行了评定.结果表明:钟摆式搅拌槽内桨叶上方区域的混合比桨叶下方要好;考察加料位置的影响时,自由液面加料的混合效果优于底部加料;整体来讲,自由液面加料时钟摆式搅拌槽的混合效率比较高,与三窄叶翼形搅拌桨相接近,槽底部加料时的混合效率要低一些,与六直叶圆盘涡轮桨相当.     

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。     

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.     

搅拌式反应器内固-液两相悬浮特性的CFD模拟

制备血液净化材料蛋白A免疫吸附柱过程中,搅拌式生物反应器的优化设计与放大技术是工业开发的重要环节.该文采用标准κ蛳ε湍流模型、多重参考系法,模拟搅拌式反应器内琼脂糖凝胶溶液加入固体催化剂后,形成的固蛳液两相体系的混合和悬浮特性.分别对DT、PBTD45、PBTU45搅拌桨的固相悬浮性能进行了研究,预测了完全离底悬浮的临界转速,并与Zwietering公式进行了比较.通过数值模拟,为反应器的优化设计提供了参考依据.     

组合桨液相搅拌槽内流动特性的实验研究及数值模拟

采用粒子图像测速技术 (PIV),对直径为0.19 m的三层组合桨 (HEDT+2WH) 搅拌槽 (直径为0.48 m) 内的流场进行了实验研究,并利用标准 k-ε 模型对相应的流动特性进行了数值模拟。实验结果表明：通过改变层间距、顶层桨的浸没深度及上两层桨的操作方式可以得到4种不同流型,每种流型内循环结构的数目各不相同;上两层桨下压式操作时,流场的循环结构最少,只有两个;高速区和高能量区的分布相同,都位于各个桨叶的射流区内,且底桨射流区内的速度值和湍流动能值都大于上两层桨。模拟结果表明：标准 k-ε 模型对流场的预测较为准确,但对于有5个循环结构的流型模拟误差较大;湍流动能分布型式的模拟值与PIV实验结果吻合较好,但数值偏低,表明标准 k-ε 模型在预测复杂流型时需要改进;功率准数的模拟值与实验值基本一致。     

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.     

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.     

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。     

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。     

木质纤维素预处理物系的流变学特性表征以及计算流体力学模拟

预处理是木质纤维素生物炼制中的关键环节.传统的预处理一般在实验室规模的小尺度条件下进行,并未考虑大尺度反应器内的搅拌及搅拌桨型式对混合、传热和传质及预处理效果的影响.研究了在无游离水相存在的干式稀酸预处理反应器中,引入螺带搅拌桨强化混合和传递的可行性,对由固体玉米秸秆颗粒构成的固相体系进行了“拟流体”假设,针对木质纤维素吸水性强、流变学特性无法直接测定的特点,通过测定搅拌体系的扭矩值间接获得秸秆物系的表观黏度(ηa)和表观剪切速率(γeff),从而获得了表征秸秆物系虚拟流体的流变指数(n)和稠度系数(Kpl)；建立了干式预处理过程的计算流体力学(CFD)模型,并通过比对秸秆物系冷模实验和CFD模型计算的功率消耗和混合时间,验证了所建模型的准确性.CFD模拟和冷模实验的结果表明在无游离水相存在的干式预处理反应器中引入螺带搅拌桨进行强化混合和传递是可行的,并为带有搅拌的预处理反应器的放大和加工提供了依据.     

新型钾盐结晶器内部流场模拟及性能预测

由于钾盐结晶器内部流动的复杂性及流域的多态性,通过实验测量很难得到其流场形态。应用计算流体力学仿真技术,对某新型钾盐结晶器在连续结晶过程中形成的流场进行数值模拟,模拟连续结晶过程的晶体悬浮及固液相混合流动状态,得到了结晶器在不同搅拌速度下的内部流场速度分布、流线图、压力分布及固相悬浮状态分布等信息。模拟结果表明,搅拌速度对结晶器内部的流场分布具有明显的影响,通过比较流场特征确定能够使此新型结晶器运行经济合理的搅拌速度为40～45 r/min,与厂家的测试结果相吻合。本文研究结果可为确定结晶器合适的电机功率奠定基础,为结晶器在不同搅拌速度下的性能预测提供参考依据。