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。     

搅拌槽内速度信号频域分析系统

搅拌槽内流体时域速度信号，是研究湍流微观结构主要依据，对速度信号进行系统分析有助于对流体流动的深入了解，文中阐述了信号频域分析的基本原理，以及频谱细化和周期分量频率确定的方法，建立了一套用于流体速度信号处理的频域分析系统，为搅拌槽内湍流运动的微观结构研究提供了有力工具。     

搅拌槽内流动结构的粒子图像测速技术研究

使用粒子图像测速技术（PIV）对Rushton桨在全挡板搅拌槽内的流场结构进行了研究。在同一搅拌槽中采用固定雷诺数的放大准则,对比了不同直径的Rushton桨的速度和湍流动能分布。结果表明,Rushton桨叶产生的径向射流沿径向方向是向上方倾斜的,倾斜角度在5°～6°;在排出区,湍流动能沿径向先增加至一峰值后减小;不同桨叶直径的Rushton桨,无因次化后的速度和湍流动能的大小分布在桨叶附近几乎没有差别,但随着桨叶直径的增大,剪切速率和输入功率减小,射流偏角和排出量增大。     

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.     

搅拌槽内流体作用力下搅拌桨叶的应力计算

文中利用搅拌槽流场模拟的数据,结合有限元分析软件ANSYS,对翼形CBY搅拌桨进行了应力分析.文中采用了一种插值方法,实现了从流场数据到有限元模型载荷的数据交换,并对一个实验搅拌桨进行了应力分析,其分布规律与参考文献的实验测量值一致。     

搅拌槽内三维流动场的RNGκ—ε数值模拟

RNGκ-ε模型在耗散率方程中通过系C1^*引入描述流场畸变效应的附加源项后，在一定程度上会改善对旋转流，浮力流等较复杂湍流的预报能力。本文应用该模型对六直叶涡轮搅拌桨的三维流动场进行了数值模拟，并将计算结果与实验数据进行了比较。计算结果表明：RNGκ-ε模型对桨叶附近速度场的预报较κ-ε模型有一定程度改善，但对湍流动能的预报却要比κ-ε模型差。若要进一步改装对桨叶附近流动场的预报，必须放弃基于各向同性假设的湍流模型，转而采用能够反映各向异性的模型或采用先进的计算方法。     

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。     

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。     

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。     

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。     

双层半圆管盘式涡轮桨搅拌槽气液分散特性的数值模拟

采用基于气泡聚并和破碎机理的群体平衡（PBM-MUSIG）模型,对双层半圆管盘式涡轮桨搅拌槽内的气液分散特性进行了数值模拟;考察了不同通气量和操作转速下气液搅拌槽内流体流动,局部气含率和气泡尺寸的分布规律。模拟结果表明：通气工况下搅拌槽内的液相流场具有双循环流动形式;采用PBM-MUSIG模型预测的局部气含率分布与文献实验数据吻合较好;搅拌槽内气泡尺寸随转速增加而减小,随气量增加而增大;桨叶排出流区域内气泡尺寸较小,近壁区和循环区内气泡尺寸较大。     

多层组合桨搅拌槽内通气功率和传质性能研究

在内径为300 mm的搅拌槽内,用六叶半椭圆管叶盘式涡轮桨(HEDT)、抛物线管叶盘式涡轮桨(PDT)和轴流式四叶宽叶翼型桨(WH)上提操作方式(U)和下压操作方式(D)组成的3种组合桨HEDT+2WHU,HEDT+2WHD和PDT+2WHD研究了不同操作条件下各组合桨的通气功率和传质性能。结果表明,各组合桨的相对功率需求(RPD)都随着转速和通气准数的增大而减小,HEDT+2WHU桨的RPD在实验操作条件下一直维持在0.75以上,大于另外两种组合桨;3种组合桨的容积传质系数kLa都随着功耗和表观气速uG的增大而增大,并且当气速较小时,增大气速可以大幅度增大kLa,但随着气量的增加,kLa的增大幅度有所减小;小气量下3种组合桨的kLa差别不大,但大气量下差别明显;PDT+2WHD在气速uG=0.0078~0.039 m/s时表现出最好的传质性能,PDT+2WHD、HEDT+2WHD在uG=0.039 m/s时的传质性能明显优于HEDT+2WHU。基于实验数据,回归得3种组合桨的功率准数和传质系数的关联式,可用于工业设计及应用。     

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.     

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