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     

螺带螺杆搅拌釜中高黏流体的CFD模拟计算

高黏聚合体系的搅拌混合应用广泛,是聚合物合成工业中的关键,但采用实验方法难以得到其流场.应用ANSYS CFX软件模拟计算高黏聚苯乙烯溶液体系在不同螺带螺杆组合搅拌釜中的流场特征,分别采用不同的计算流场模型进行求解,其中搅拌釜气-液两相界面采用与实际情况较为接近的自由液面,旋转区域采用滑移网格法处理,液相采用不同黏度的高分子黏性流体,计算比较了不同搅拌桨组合下的流场特征,论证了双螺带螺杆搅拌桨在高黏流体混合中的优越性,同时得到不同黏度和不同转速下搅拌釜内的液面形状、速度场和搅拌功率,为实际生产及工业优化提供了理论参考.     

搅拌釜桨型对于明胶水解体系搅拌性能的数值模拟

运用计算流体力学软件FLUENT对双螺带搅拌釜、螺杆-螺带搅拌釜和INTERMIG式-螺带搅拌釜进行模拟.用GAMBIT建立流体的简化模型,采用多重参考系法处理搅拌桨区,对速度场、压力场和搅拌功率进行分析.结果表明,压力因素对浆型的选择影响较小,可以不考虑;速度场中组合浆对釜内流体流动有明显改善,且搅拌功率显著提高.综合考虑各影响因素,INTERMIG式-螺带组合桨是一种成功改进的组合桨.     

螺带-螺杆搅拌槽内流动与剪切特性的数值模拟

以高黏物系混合为背景,采用数值模拟方法,选用高黏强剪切稀化流体为研究对象,考察了桨叶几何结构对螺带-螺杆搅拌槽内的流场及剪切特性的影响,研究内容包括流场精细结构(轴向速度及剪切速率分布)及搅拌槽宏观特性参数(轴向循环流量及体积平均剪切速率).计算发现,对搅拌槽内轴向速度影响最为显著的几何结构参数为螺带宽度(w_(HR)),随着w_(HR)/d_(HR)由0.05增大至0.20,最大向下无量纲轴向速度(u_z/u_(tip))_(maxD)由0.09增大至0.34;w_(HR)/d_(HR)=0.13时,搅拌槽内轴向循环流量Qz达到最大;搅拌槽内剪切速率与桨叶宽度及直径成正比,与螺距成反比;壁区影响最为敏感的为桨叶直径;s_(HR)/d_(HR)=0.4时,搅拌槽内体积平均剪切速率最高.最后,综合考虑搅拌槽内流场及剪切特性的几何效应,给出了螺带-螺杆搅拌桨设计建议.     

最大叶片式桨在黄原胶假塑性流体中的传热性能研究

研究了非牛顿假塑性黄原胶溶液中最大叶片式搅拌桨的传热性能.考察了此桨在黄原胶溶液混合过程中的功耗、气含率、氧传质系数KLa等的变化规律以及通气和不同搅拌转速对搅拌釜内传热过程的影响,测得了不同操作条件下的温度场及传热系数,建立了Nu和Re,Pr之间的关联式.结果表明,最大叶片式搅拌桨的传热系数可以达到250W/(m2.K),能够强化高粘假塑性流体的传热过程.     

四斜叶桨搅拌槽内部流场PIV试验研究

针对搅拌槽内非牛顿流体混合不均匀问题,基于无接触式粒子图像测速技术(PIV)研究了四斜叶桨带挡板搅拌槽内非牛顿流体流场流动状况.PIV试验采用透明的黄原胶溶液作为非牛顿流体.试验结果表明:搅拌转速的变化不仅改变流场的流型,也改变流场的流速分布、湍动能分布及涡量分布的位置和大小;随着搅拌转速的减小,主循环流和反向小循环流的涡心向上偏移,同时在向上偏移过程中,涡型逐渐减小,电机驱动功率也随着搅拌转速的减小而减小;黄原胶溶液质量分数的增大影响了流场的主循环流的流动范围,使搅拌桨下部区域的流动强度明显减小,同时也导致了整个流场流速降低和流体流动传递距离减小,故高搅拌转速是非常有必要的.     

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。     

搅拌条件对气泡微细化影响研究

采用水型实验和Image-Pro-Plus6.0专业图像处理系统,研究了搅拌转速、偏心度、气体流量和搅拌桨浸入深度对气泡微细化的影响规律.结果表明:增大搅拌桨浸入深度、加大偏心度和增加搅拌速度对气泡微细化有利;而在搅拌速度增加的同时,减小气体流量,也有利于气泡微细化.     

组合桨层间距对搅拌槽内流动特性的影响

采用粒子图像测速技术(PIV)对三层组合桨(HEDT+2WHU)搅拌槽(槽径0.476m)内的流动特性进行了研究,在搅拌转速、顶桨浸没深度和顶层桨高度不变的情况下,得到了中层桨位置的变化对搅拌槽内的流型、相位解析速度场和湍流动能的影响规律。结果表明,中层桨位置的改变对搅拌槽上部区域流体的流动特性影响显著,而对搅拌槽下部区域流体的流动特性产生影响较小;随中层桨位置降低,槽上部液面处反向回流区逐步缩小直至消失,中、顶层桨合并轴向流断裂,底桨上涡环作用范围不断压缩;对于相位解析速度场,较之中层桨尾涡几乎没有变化,顶桨尾涡的发展由极其微弱逐渐清晰,底桨尾涡则提前了10°相位出现;对于湍流动能分布,中、上层桨逐渐趋向于类似两层桨单独作用,底、中层桨间整体湍流动能增大。     

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.     

S~2-对聚合物黏度的影响

通过分析油田采出污水中聚合物黏度的变化,考察S2-对聚合物黏度的影响;根据S2-对聚合物降黏作用前后红外、核磁数据,探讨S2-降低聚合物黏度的机制。结果表明:随着油田污水中S2-质量浓度增加,聚合物黏度下降,6mg/L的S2-能使1.7 g/L聚合物溶液黏度降到10 mPa.s以下;含S2-的模拟污水配置的聚合物在波数3 100 cm-1和化学位移为6.00时产生了C=C键峰,溶液中产生了带有双键的新物质;在降黏过程中发生了自由基链式反应,使聚合物长链断裂成小分子物质;可通过抑制自由基的产生来保持聚合物的黏度。     

抗盐聚合物分子集聚影响因素及其渗流特性

利用电镜扫描方法研究了驱油用抗盐聚合物ASPAM和部分水解聚丙烯酰胺PHPAM溶液的分子聚集现象;模拟现场聚合物注入过程,分析了聚合物溶液质量浓度、配制水矿化度、多级过滤和机械剪切作用对聚合物分子聚集体的影响;通过岩芯实验,分析了ASPAM的渗流特性。结果表明,ASPAM显示了分子的聚集状态,达到聚集状态后其粘度显著提高;ASPAM较PHPAM具有优异的抗盐和抗剪切性,在多孔介质中的动态滞留量更大。实验研究对现场应用抗盐聚合物驱油,以及聚合物的改性具有指导意义。     

黏弹性聚合物驱油藏渗流规律及试井模型探讨

实验测定了不同浓度下高分子聚丙烯酰胺溶液在岩芯和流变仪中的流变性,证实了其在多孔介质中流动时存 在“弹性”,且在中等剪切速率范围内（0.1～100.0 s−1）符合非牛顿幂律渗流模式。基于实验取得的认识,利用黏弹性本 构方程表征聚合物溶液有效黏度,建立了黏弹性聚合物驱油藏的不稳定渗流数学模型,利用有限差分方法求得数值 解,研制了相应的无因次试井图版,并对实测试井资料进行了拟合解释,探讨了弹性对聚合物驱油藏试井曲线形态的 影响。研究表明,弹性虽然会造成近井地层压力大幅上升,但几乎不改变试井曲线形态。因而,在黏弹性聚合物驱油 藏试井分析中,可以忽略弹性的影响,应用非牛顿幂律试井模型求取解释参数。     

复合材料风机叶轮内流场数值模拟

应用粘性流体力学的基本原理,采用专业流体力学软件对复合材料风机叶轮内气流流动进行数值模拟,发现叶轮内气流流动状况不理想,据此对叶轮的叶片进行改进设计,得到了改进叶片设计后叶轮内的流场,改进了复合材料风机叶轮的结构,改善了叶轮内部气流的流动状况,提高了叶轮的气动性能,为研制出高性能的新型复合材料风机叶轮奠定了基础。     

低渗透油藏聚合物驱启动压力梯度研究

为了描述低渗透油藏聚合物驱的渗流规律及启动压力梯度特征,借鉴水驱启动压力梯度的试验测定方法,将压差-流量法和毛细管平衡法相结合,在不同储层渗透率和体系黏度下开展低渗透储层聚合物驱渗流试验;在此基础上,基于非线性渗流理论量化表征聚合物驱启动压力梯度,建立聚合物驱非线性渗流系数与体系黏度、储层渗透率和流度的量化关系。结果表明,随着储层渗透率的降低或体系黏度的增大,相同渗流速度下聚合物驱的渗流阻力增加、压力梯度增大;聚合物渗流曲线用非线性方法表征吻合较好,且随着储层渗透率降低、体系黏度增大或流度降低,聚合物驱非线性渗流系数均增大;流态图版包含对不流动区、非线性渗流区和拟线性渗流区的定量描述。     

机械剪切作用对聚合物溶液粘度的影响

为了研究聚合物在应用过程中机械剪切作用对其粘度的影响,设计了多孔介质高速剪切装置和摩擦机械剪切装置,探讨了多孔介质高速剪切、水平方向摩擦剪切和旋转机械剪切对聚合物溶液粘度的影响。研究结果表明,这三种机械剪切均使溶液粘度下降。经多孔介质剪切后,800万分子量和2 500万分子量HPAM溶液粘度损失率最高分别可达53.0%和69.9%,经摩擦剪切后,800万和2 500万聚合物粘度损失率达5.5%和10.8%,经旋转机械剪切后,800万和2 500万聚合物粘度损失率可达53.7%和79.1%。     

利用岩电参数计算聚合物驱相对渗透率

常用的聚合物驱相渗曲线测试方法稳态法以及非稳态法都须精确确定聚合物黏度,而聚合物溶液具有明显的非牛顿流体特征,表现为其黏度随剪切速率变化而变化。针对现有的聚合物黏度修正模型计算结果差异较大、缺乏普适性的问题,提出一种从电阻率数据中计算聚合物驱相对渗透率的新方法,并通过相对渗透率-电阻率联测试验对该方法进行验证,与传统方法以及黏度修正法进行对比分析。结果表明,通过新方法计算得到的聚合物相相对渗透率数据较为准确、合理,可以解决传统方法计算得到的聚合物相相对渗透率值偏大的问题。     

聚合物驱产液指数变化物理模拟实验研究

针对由水驱转变为聚合物驱过程中的产液指数的变化规律问题,通过物理模拟实验的手段研究不同注聚含水率时机、不同聚合物黏度、不同渗透率条件以及不同浓度表面活性剂影响条件下的聚合物驱产液指数变化。实验结果表明,由水驱转为聚合物驱过程中,产液指数变化整体上经历水驱上升段、聚驱速降段、聚驱缓降段以及聚驱回返段四个阶段;聚合物驱阶段的产液指数下降幅度主要受注聚含水率时机以及聚合物溶液黏度的影响;聚合物驱产液指数由最大值下降到最小值对应的注入孔隙体积之差受聚合物溶液黏度、渗透率条件以及表面活性剂浓度的影响。研究结果对于判定聚合物驱合理产液下降幅度、甄别聚堵生产井、预测产液下降周期等具有一定的指导意义。