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。     

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.     

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.     

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.     

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。     

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.     

冲击角度和喷射速度对超级13Cr油管冲蚀速率影响实验研究

利用自制的喷射式冲蚀实验装置,在胍胶压裂液与40/70目石英砂混合形成的液固两相流体中,研究了冲击角度和喷射速度对超级13Cr油管冲蚀速率的影响。采用扫描电镜分析了冲击角度和喷射速度对超级13Cr油管的冲蚀形貌的影响。实验结果表明,超级13Cr油管冲蚀速率随喷射速度的增大呈幂率关系增长。冲击角度为30°时超级13Cr油管的冲蚀速率最大,但幂指数较小;冲击角度为45°时,冲蚀速率居中,但幂指数最大;而冲击角度为90°时,冲蚀速率最低,幂指数最小。扫描电镜分析结果表明,在较小的冲击角度和较高的喷射速度下,石英砂颗粒对超级13Cr油管表面产生了较深的切削犁沟。而在较大的冲击角度和较高的喷射速度下,超级13Cr油管表面产生微裂纹,主要损伤机理为冲击锻打造成的材料挤压成片脱落。     

液体性质对气泡雾化液滴不稳定性的影响

为了改善气泡喷嘴雾化性能,利用基于液滴统计学的理想雾化理论模型研究了液体性质对气泡雾化液滴不稳定性的影响.同时,采用高速摄影技术分析了气泡喷嘴内部气液两相流动及喷口雾化状况,探究了雾化液滴产生不稳定现象的根本原因.实验结果表明,气泡喷嘴雾化本身具有不稳定性,且雾化下游场中不同粒径的液滴均表现出不稳定性.当喷嘴内部气液两相处于气泡流时,喷口处单个气泡的破裂可导致雾化下游场中液滴不稳定;当气液两相处于过渡流时,单个气泡、液体以及较长气柱交替流经喷口会造成气泡雾化液滴不稳定;当气液两相处于环状流时,液桥现象的存在致使雾化下游场液滴不稳定.增加牛顿流体的黏度或者降低非牛顿流体剪切变稀的强度能够有效降低雾化液滴的不稳定性.     

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。     

固液搅拌槽内近壁区液相速度研究

在直径476mm的固液搅拌槽内,采用自行研制的双电导电极探头对搅拌槽内距壁0.4mm的近壁区液相速度进行了测定。平均固相体积分数φ_v从10%至54%。实验结果表明：固体颗粒离底悬浮最小液相速度与固液的物理性质有关,而与实验的操作条件无关;液相速度和搅拌转速在近壁上流区成正比关系,而在槽底区不成正比关系;临界均匀悬浮时,近壁上流区液相速度不随固相体积分数变化;悬浮高度处液相速度和操作条件无关等。     

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.     

粘性流体中磁子悬浮状态探究

建立搅拌子的自旋运动微分方程,用竖直方向上动力学方程描述搅拌子运动状态.研究结果表明:搅拌子的悬浮状态由搅的质量、所受磁力的大小、转速差和液体的粘滞系数共同决定;搅拌子的总运动状态可以看做搅拌子摆动运动和旋转运动的叠加状态;搅拌子悬浮状态时的最佳实验大小长度为5 mm;当雷诺数较高时,流体径向向外流动,流动的倒转导致悬浮不稳定.     

磁流变液沉降稳定性改进及对流变性能的影响

对影响磁流变液沉降稳定性的颗粒表面性质、固／液界面性质和大小颗粒之间相互作用等因素进行了实验研究和探讨,实验结果表明：磁流变悬浮液体的稳定性取决于固相颗粒这间的静电排斥作用或固－液界面分子构型所产生的空间阻效应;对于颗粒径度较大的分散体系,通过改善粒子表面的结构,依靠体系的结构力学性质改善粗大颗粒悬浮液体的沉降稳定性。     

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。     

非均匀入口条件下SCR脱硝系统精准喷氨策略

采用数值计算的方法,根据全尺度数值模拟计算结果和实际测量数据获得符合工程实际情况的SCR非均匀入口边界条件,模拟了整个SCR系统的烟气流动过程.根据喷氨格栅处速度场和浓度场获取NO通量,以此为基准精确分配各喷管喷氨量.研究了不同喷口布置的氨气与NO的对流扩散混合特性,分析了喷氨格栅中喷口密度N、开孔率φ、喷口角度α三个结构参数对SCR反应器内氨氮混合质量、氨氮比分布均匀性的影响.结果表明:增大喷口密度N可以有效地优化氨氮混合效果.当N15.34个/m~2时,增加N对氨氮混合效果的影响不再显著;混合指数β随着喷口开孔率φ的增大会出现先减小后增大的趋势;改变喷口角度α可以改善氨氮混合效果,喷口垂直布置时氨氮混合效果最佳.     

气—液—固相体系颗粒完全离底悬浮的临界搅拌转速

在机械搅拌槽中，使用翼形轴流浆、涡轮浆、６叶４５°斜叶桨，对低粘度物系气－液－固三相体系的颗粒完全离底悬浮的临界搅拌转速ＮＪＳＧ作了实验研究，阐明了不同搅拌浆结构下，悬浮液浓度及通气量对ＮＪＳＧ影响的规律，实验得出在相同的悬浮液浓度及通气量下，Ｋ４的ＮＪＳＧ最低。     

水平和下旋气流对初始气溶胶运动的影响

该文考虑液滴的碰撞和破碎以及水平和下旋气流的影响,采用离散相模型对空中释放的气溶胶云团在开放空间中的气液两相流流场进行仿真,获得气溶胶颗粒群的运动规律,并进行了实验验证。由仿真模拟和实验可知,在水平和下旋气流速度均较小(小于1 m/s)、喷射角度大于30°、初始粒径为100μm、喷射速度约为80 m/s时,释放形成的气溶胶颗粒在短时间内可沉降至地面附近;当水平气流速度增大至3 m/s时,同样条件下释放的气溶胶颗粒更容易在空气中悬浮,不易沉降至地面。在上述两种情况下,喷射角度和下旋气流速度越大,气溶胶颗粒越容易沉降至地面附近。     

快速成型过程中聚合物液滴喷射的无网格模拟及实验研究

设计了一种电-液混合驱动的机械撞针式液滴喷射成型系统,研究了该成型系统的各个组成部分及其作用,利用无网格模拟技术模拟了机械撞针式液滴喷射的全过程,通过实验研究了操作工艺参数对液滴喷射的影响规律。实验选用直径为0.25 mm的钨钢喷嘴,实现了高温下黏度为12 Pa·s高黏度聚丙烯(PP)中的喷射成型。     

固液搅拌反应器数值模拟研究进展

固液搅拌反应器是过程工业中常见的单元设备,该反应器内固液两相的湍流特性以及相间相互作用等因素使得相关的数值模拟变得较为复杂。本文介绍了近年来用于处理旋转桨叶的方法和模拟连续相及离散相的数学模型,总结了这些方法和模型在预测固液搅拌反应器特性（包括速度和湍流特性、固相浓度分布、临界悬浮转速、颗粒层高、几何参数优化和颗粒特性）方面的应用,并对不同的方法和模型进行了展望,重点介绍了采用颗粒解析模型的欧拉-拉格朗日法在研究颗粒悬浮机理方面的应用前景。     

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。