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。     

涡轮桨搅拌槽内混合过程的大涡模拟

在FLUENT 6.1软件平台和网络并行计算硬件平台上,采用大涡模拟(LES)的方法对涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟。利用滤波函数对N av ier-Stokes方程进行空间滤波,对大尺寸的涡直接进行求解,而被滤掉的比网格小的旋涡通过Sam agorinsky-L illy亚格子模型求解,对搅拌桨区域采用滑移网格技术。结果表明:大涡模拟对尾涡的预报优于雷诺平均(RAN S)方法,混合时间以及示踪剂响应曲线模拟结果和实验结果吻合较好,且优于RAN S方法。大涡模拟方法为准确预测搅拌槽内湍流流动的非稳态及周期性脉动特性提供了一种有效的工具。     

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。     

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   

涡轮桨搅拌槽内流场的数字PIV测量

为研究机械搅拌槽内的流场特性,用数字粒子图像测速仪对桨叶直径与搅拌槽直径比约为0.5的涡轮桨搅拌槽内流场进行了测量。实验发现测量值随时间的随机脉动非常剧烈,为准确获取时均速度场,确立了多采样点平均的实验方法并进而找出了最佳采样点数。在获取的时均速度场的基础上计算了流量准数、涡量和湍动能的分布,考察了转速和测量面位置对流场的影响。结果表明:湍动能分布不均匀,在叶轮区较高,而在主体区较小;由于自由液面的作用,湍动能在高度方向上呈非对称性分布,并且这种非对称性随转速的变化而变化。     

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。     

搅拌槽内三维流动场的RNG k-ε数值模拟

RNG k-ε模型在耗散率方程中通过系数C*1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:RNG k-ε模型对桨叶附近速度场的预报较k-ε模型有一定程度改善,但对湍流动能的预报却要比k-ε模型差.若要进一步改进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.     

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k-ε双方程模型解决这样的问题可获得满意的结果.     

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。     

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。     

用CFD研究搅拌器的功率曲线

文中用计算流体力学的方法研究了搅拌器的功率曲线 ,对不同雷诺数范围分别进行了模拟。流动场的计算采用多重参考系法。在层流区 ,计算得到的功率曲线与文献数据趋于一致 ;在过渡流区域 ,选用不同的模型进行模拟 ,各种模型的计算结果相差不大 ;在湍流流区 ,计算得到的功率准数误差在工业许可范围内。     

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。     

连续搅拌槽内假塑性流体停留时间分布的数值模拟

应用计算流体力学商业软件（CFX）模拟了直径0.5m×0.35m的无挡板半球底搅拌槽的流场,计算了流体的停留时间分布(RTD),研究了转速、流量、全槽平均表观黏度对RTD以及全混釜数（m）的影响。结果表明：基于CFX对假塑性流体连续搅拌槽内RTD的模拟结果与实验基本吻合;低转速下,转速的变化对假塑性流体RTD和(m)值的影响要大于牛顿流体,但当转速达到一定值时,对两流体的RTD和(m)值影响较小;转速较高趋于全混时,流量对假塑性流体及牛顿流体的RTD和(m)值影响较小,且对两流体的影响差别很小;高转速条件下,全槽平均表观黏度的变化对假塑性流体RTD和(m)值的影响较牛顿流体大。     

搅拌槽内非牛顿流体流动场的数值模拟

对搅拌槽内非牛顿流体湍流流动的数值研究还很缺乏.文中尝试利用k-ε模型计算了假塑性流体羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液在搅拌槽内的三维流动场,并与粒子成像测速(PIV)法测得的实验结果进行了比较.计算结果表明,非牛顿流体CMC水溶液的宏观流动场与牛顿流体(水)的流动场有较大差异,主要是主体流动减弱,并在叶端附近形成涡旋流动.主体流动区内的速度分布与PIV测量结果吻合较好.剪切速率在槽内的分布相差较大,桨叶附近与槽壁处的剪切速率较大,在主体流动区域较小.     

四斜叶桨搅拌槽内的流动特性

采用粒子图像测速技术(PIV),在直径为0.5m的平底搅拌槽内,对单层、双层平行布置和双层交错布置等三种条件下直径为0.2m的四斜叶桨(PBT)的流场进行测量,并利用标准k-ε模型对相应的流动特性进行计算流体动力学数值模拟。实验结果表明：三种流型下PBT叶片后方均存在单一的尾涡结构,其在径向方向的移动距离较轴向方向小。高湍流动能区与尾涡一起运动,实现能量自桨叶向搅拌槽内主体流动区的传递。模拟结果表明：标准k-ε模型对单层PBT搅拌槽内流场的预测与PIV实验吻合较好,而双层PBT的模拟结果与实验偏差较大,两层桨间径向速度被低估而轴向速度被高估是标准k-ε模型产生误差的主要原因,但是标准k-ε模型计算得到的功率准数与实验基本一致。     

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.     

多层桨气-液搅拌反应器内局部特性的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)方法,应用Euler双流体模型、标准的k-ε双方程湍流模型及多重参考系法,并与综合考虑了气泡聚并与破碎对气泡尺寸影响的群体平衡模型(PBM)相结合,对多层桨搅拌槽内气-液两相的流场、局部气含率分布、气泡尺寸分布以及局部容积传质系数分布进行了数值模拟。结果表明:在搅拌槽内顶桨与底桨上方靠近壁面处存在气含率和气泡尺寸分布的极大值,与实验结果相吻合;容积传质系数的模拟结果与实验值的相对误差为15%。