动态混合器内流动和混合特性的CFD模拟

首先建立了动态混合器的三维实体模型,然后利用动态方腔拖曳流的粒子图像测速（PIV）流场实验检验了模拟方法的可靠性。在此基础上对动态混合器进行了计算流体力学（CFD）模拟,研究了进料量和操作转速对混合器内流动和混合特性的影响规律。研究结果表明：动态混合器的高剪切速率主要集中在定转子交界处;动态混合器出口处的浓度分布标准差正比于质量流量,反比于转速。最后提出了一种评价动态混合器操作性能的新方法。     

连续高速分散混合器流体流动的数值模拟

采用计算流体力学（CFD）软件FLUENT6.1的标准k-ε双方程湍流模型及多重参考系（MRF）法对连续高速分散混合器内的流场进行了数值模拟，得到了不同操作转速下的压力场和速度场。所得压力模拟结果与实验数据相符，表明压力与转速成反比关系；速度场的模拟计算结果与文献值相符；同时研究了不同转速下混合器内的最大剪切速率、最大湍流动能及最大能量耗散速率随操作转速的变化规律。     

连续高速分散混合器内的微观混合性能

采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应作为工作体系,对连续高速分散混合器（CRS）内的微观混合特性进行了研究,着重考察了加料时间、转子转速、定子结构等因素对产物分布的影响规律。 结果表明：CRS内微观混合特征时间在1.48×10^-4～1.48×10^-5 s范围内,远小于常规的搅拌反应器。在转速为1200～1800r/min范围内,离集指数随转速增加而上升;转速超过1800r/min之后离集指数则随转速增加而下降。     

旋转填料床微观混合性能的CFD模拟

旋转填料床又称超重机,通过旋转产生的离心力来实现超重力环境,能有效地强化微混合及传质过程,在快速化学反应过程上有广泛的应用,如制备纳米粉体材料等。旋转填料床内的湍流反应涉及在填料中流体流动与混合反应过程,针对2股无预混反应物料的湍流混合及反应,通过商用软件Fluent的计算平台,采用涡耗散模型（eddy-dissipation）模拟碘酸盐-碘化物体系的平行竞争反应。涡耗散模型认为反应速率由湍流控制,避开了代价高昂的Arrhenius化学动力学计算。计算过程收敛良好,流场与各组分浓度分布合理。考察了转速及初始浓度对离集因子的影响,模拟结果与相关文献的实验数据吻合良好。     

无序多孔碳材料微结构模拟研究进展

无序多孔碳材料微结构在人们研究流体在受限空间中的行为规律的有重要意义,计算机模拟是研究无序多孔碳材料的微结构的重要手段。根据模拟原理的不同,可将模拟方法分为基本单元构建法、逆向Monte Carlo(RMC)重建法和仿真过程法三类。着重介绍了基本单元构建法和仿真过程模拟法的实现原理、建模方法和发展现状。3种不同途径的建模方法中基本单元构架法建模原理相对简单,所需计算资源最少,但是所能表征的微结构特征也有限。逆向Monte Carlo重建法则需要比较精确的实验数据作为支撑,所建模型的真实性较强,但是受实验数据限制,尚不能扩展到介孔尺度。仿真过程法模拟原理复杂,所需计算量很大,目前所作的尝试只是一定简化了的过程模拟,但随着技术的进步,该方法的发展潜力也最大。这3种方法均有用,以后将逐步过渡到以仿真过程法为主的多孔碳微结构建模方法。     

蒸汽喷射器的CFD数值模拟及其性能

根据喷射器的结构特点,建立了蒸汽喷射器二维CFD模型,研究了工作参数(工作流体压力、引射流体压力和混合流体压力)和结构参数(混合室收缩段长度、等截面混合室长度和直径、扩压室长度和工作喷嘴结构等)对蒸汽喷射器性能的影响.研究表明:①等截面混合室长度和直径、工作喷嘴喉部直径以及喉管面积比φ存在使喷射系数达到最大的最佳值;②CFD不仅是预测喷射器性能的有力工具,而且使人们更加清晰地了解喷射器内流动和混合过程.     

水力式静态混合器的设计与数值模拟

设计出一种水力式静态混合器,内部无任何阻隔构件,通过变化流道截面尺寸来提高混合强度,剪切作用特别小．数值模拟得知：同样结构尺寸的混合器,配以同心套管管接头时的混合效果要远好于配以普通管接头,且不论混合比为多少,在ｄ一定的情况下,ｄ１越大,混合效果就越好．     

条槽剥离型动态混合器结构参数对混合性能的影响

讨论了条槽剥离型动态混合器的结构参数对混合性能的影响,并探索了其规律性。结果证明,选择适当的结构参数,有利于提高螺杆挤出量、降低功耗、稳定温升以提高熔体质量。更为重要的是,可以增强条槽剥离型动态混合器的混合性能,使其达到甚至超过球窝型动态混合器。     

静态混合器流体力学性能的CFD模拟

针对立交盘静态混合器的流体力学性能,采用计算流体力学方法对混合器内牛顿流体的流动状况进行了研究,得到了流体流经2个混合元件的流场变化和压降情况.所选的6个截面的速度分布复杂多变,显示出与混合器结构相对应的周期性.采用激光多普勒测速仪测定了轴向速度的实验数据与模拟结果吻合较好.对于压降的模拟在装有10个立交盘静态混合器的管路中进行,研究发现50＜Re＜500为所研究系统的流动状态从层流向湍流转变的临界区间.     

含静态混合元件乙烯裂解炉管内流场的数值模拟

采用计算流体动力学(computationalfluiddynamics,CFD)的方法,计算了含静态混合元件炉管内的流场.数值模拟结果表明,采用静态混合元件的乙烯炉管中流体的混合被强化,从而强化了传热.根据其数值模拟的速度场,提出了一种基于速度分析的CFD结果评价方法,定性和近似定量地演绎了工程测试的数据,使计算模型和数值模拟结果在实验中得到了验证.该方法可望在同类流体的研究中推广应用.     

叶片宽度比对同心双螺旋静态混合器混合性能的影响

同心双螺旋静态混合器是一种新型的静态混合装置,能够实现流体在混合管内的同心反向螺旋流动。为探究同心双螺旋元件内外叶片宽度比对混合效果的影响规律,利用Fluent中多相流混合模型对低雷诺数状态下该混合器内的混合过程进行了数值模拟,研究结果表明：在较低雷诺数下,同心双螺旋静态混合器与对应尺寸的传统Kenics型混合器相比混合效果明显提升,在叶片宽度比e为0~3/2时混合效果提升6.9%~28%;随着内外叶片宽度比的增大,混合效果呈现先增后减的规律,当e=2/3时混合效果最好;在不同的宽度比下,流体的分离强度沿混合管轴向变化规律相同,即在第一个混合元件内分离强度下降缓慢,第二、三个元件内下降迅速,第四个元件内几乎保持不变而处于维持混合状态,说明本文所研究的混合器使用较少的混合元件即可达到较好的混合效果。     

搅拌机搅拌臂数目与叶片面积的确定方法

针对国内外搅拌臂和叶片缺乏成熟的设计方法的现状,采用理论分析与试验研究相结合的方法,分析了设计搅拌臂数目和叶片面积时需要考虑的相关因素,并在此基础上设计了试验样机,通过试验测试和结果分析,确定了各种试验条件下的搅拌臂数目与叶片面积的较佳值.结果表明,由于搅拌臂数目和叶片面积与其他结构参数互相影响,在叶片搅动的物料量与搅拌室公称容积之间存在着一个合理的比值范围,应将该比值作为设计时的综合评判指标.     

基于ANSYS Workbench的新型SMX静态混合器的数值分析

设计了一种新型SMX-G静态混合元件,并利用数值模拟的方法比较新型SMX-G和SMX型静态混合元件两种结构的出口平均温度、压力损失和混合效果。结合出口平均温度、压力损失及混合效果,提出了静态混合器的综合评价指标,并采用红外成像仪测温法对混合效果进行实验验证。结果表明：新型SMX-G静态混合器极大程度地减小了压力降,综合评价指标更高,保证了熔体流入机头的压力,从而显著提高了发泡制品的质量。     

水泵内部的三维数值模拟

采用标准k-ε模型和SIMPLE算法，对一台单级轴流水泵动叶轮的流场进行了数值模拟，根据计算结果对该水泵的性能进行了分析，从而表明，利用CFD进行流体机械设计可以大大减少实验成本，缩短实验周期，对于从事流体机械设计的工程技术人员有一定的参考价值。     

流场中轻浮颗粒下拉方式数值模拟与对比分析

基于Fluent软件,采用VOF和DPM模型对振动混合器和叶轮搅拌器中轻浮颗粒的分散过程进行数值模拟,分析了颗粒分散效果的影响因素。结果表明,与叶轮搅拌相比,振动混合器在相同离底间隙的条件下,轻浮颗粒的下拉效果更好,消耗功率更少。     

卧式搅拌槽内流体混合的实验与模拟研究

对卧式单轴格子桨搅拌槽中的流体混合过程进行了实验和模拟研究;采用碘和硫代硫酸钠褪色法实验考察了不同搅拌转速时的混合特性,由数码相机记录了混合过程的快照;采用计算流体力学方法对于混合时间进行两步法模拟,先计算稳态流场,然后在此稳态流场的基础上采用加入浓度标量的方法计算示踪剂扩散情况。混合过程的模拟结果与实验数据吻合良好。     

混合弯管湍流的数值模拟

正确计算出弯管内流体交汇处附近的流场和温度场的分布情况，对于设计合适的入口管道位置具有重要意义。以工程中常见的弯管为例，应用计算流体力学（CFD）技术，研究管中的流体状态参数。使用目前通用的专业CFD数值计算软件FLUENT对管道内流体进行二维数值模拟，分别对算例采用一阶离散化方法和二阶离散化方法进行模拟，并对二者的结果进行比较分析。结果表明，以κ-ε双方程模型解决这样的问题可获得满意的结果。