酯化反应搅拌釜内流动特性的数值模拟

文中在CFX-5.5.1软件平台上,采用多重参考系法和k-ε双方程湍流模型对带有导流筒及不同层数盘管换热器的搅拌槽内的流场进行了数值模拟。模拟以清水为物系,采用直径为0.5m的搅拌槽及5叶CBY螺旋桨。分别对盘管层数为0,4,14,16,18,20,22层的流场进行了数值模拟,计算了7种情况下的功率准数与循环流量准数,计算结果与实验数据基本一致。得到随盘管层数增加功率准数、循环流量准数的变化规律及各层盘管搅拌槽内叶轮的水力损失;并讨论了带0层盘管及带22层盘管搅拌槽中流场的变化。     

混砂车搅拌叶轮流固耦合模态分析研究

为了研究流体作用力、离心力及重力等载荷对混砂车搅拌叶轮模态的影响,建立了混砂车搅拌系统的三维模型,分别对叶轮的静态模态和预应力模态进行了分析。结果表明:各载荷对混砂车叶轮模态固有频率影响不大,叶轮在两种工况下固有频率变化较小,最大变化率仅为0.61%;在流固耦合作用下叶轮振型的第2阶及第3阶振型最大值有所减小,其他各阶振型最大值无显著增大。     

聚酯反应器的流动特性与传热的研究

EG/PTA酯化反应大多在带导流筒换热器的搅拌槽内进行 ,搅拌槽的传热特性是影响酯化的重要因素。本实验在直径为 0.5m带导流筒的搅拌槽内 ,使用 5叶CBY螺旋桨 ,以水为物系 ,分别测量了在常温下及沸腾前后搅拌槽的功率准数和循环流量准数 ,研究了沸腾对这两个准数的影响。测量了沸腾状态下酯化反应搅拌槽内的总传热系数并回归得到了换热器管内外传热膜系数的关联式。所得到的传热关联式可以为相似构件的搅拌反应器的设计和优化提供参考。     

混砂车搅拌罐试验模型相似设计及数值模拟

以混砂车搅拌罐为研究对象,为了将试验搅拌罐的混合效果在混砂车搅拌罐中重现,以搅拌罐单位体积的搅拌功率作为放大准则,用几何相似的原则分别建立了结构尺寸为1∶1和1∶4的搅拌模型。为了尽可能地接近混砂车的实际工况,模拟中采用了连续输砂搅拌的方式,使罐内混合液达到一个边混合边排出的过程。利用Fluent软件分析对比,得到了在相同的混合效果前提下,试验搅拌罐与混砂车搅拌罐的转速关系式,使试验结果能够较好地转化到混砂车搅拌罐上。     

搅拌摩擦焊瞬态温度场数值模型的讨论

搅拌摩擦焊温度场数值模拟工作多侧重于产热模型及温度场分布规律等方面的研究,关于数值模型及其计算效率方面的报道相对较少。本文对AL6061-T6铝合金板材搅拌摩擦焊接过程瞬态温度场进行了模拟,对数值模型的相关问题进行了研究。在保证模拟结果与实验结果相符合的前提下,为提高计算效率,给出了合理的模型尺寸;分析了网格尺寸对温度场的影响;探讨了网格分区划分方案;分析了轴肩与搅拌针产热分配对温度场的影响。结果显示：模型宽度随板厚增加线性增大,而模型宽度与轴肩直径的比值随板厚的增加线性减小;有限元网格尺寸为1 mm时能有效地模拟温度场;焊缝中心处轴肩直径范围内的网格应当细化;合理的轴肩与搅拌针产热比例分别为75%和25%。     

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.     

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。     

混砂车搅拌罐内混合过程的数值模拟

为了在一定程度上弥补混砂车搅拌罐半经验设计方法的缺陷,以及指导搅拌罐的放大设计,基于Fluent对混砂车搅拌罐内混合过程进行非定常固液两相流的数值模拟。选用非结构化网格、标准k-ε湍流模型、Euler多相流模型、滑移网格法和SIMPLE算法,分析了搅拌区的流场、搅拌功率、固相颗粒分布规律以及混合时间。研究结果表明:搅拌流场的流动特性是上、下搅拌桨相互作用的结果;如何减小切向速度、增大轴向和径向速度是提高混合效果的关键;搅拌桨所受力矩、搅拌功率与转速的关系符合搅拌桨的常规特性;在本混砂罐搅拌均匀后,仍然有主体循环不能到达的区域,造成局部固相体积分数较低,可以通过增加搅拌罐挡板长度来优化流场;通过监测3个典型的点,获得各点浓度随时间的变化曲线,从而得到混合时间,这对实际工艺中混合时间的预测具有指导作用;数值模拟分析对混砂车搅拌罐的优化设计奠定了基础。     

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。     

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。     

对二甲苯搅拌式反应器增设导流简的流体力学

在高径比为1．0的搅拌反应器中,研究了导流筒结构及固体含量对翼型轴流桨功耗与气含率的影响。研究发现导流筒的安装会降低功耗,提高气含率;导流筒的开孔率以16．4％为佳;翼型桨排出流向上时功耗较小,气含率较高;功耗随固体含量的增加而增大;气液两相体系中的气含率比气液固三相体系中的气含率高;并得到在开孔率为16．4％条件下,翼型轴流桨上提操作时的气含率关联式。此外,在高径比为1．5时对双层组合桨进行了研究,并得出了与单层桨类似的结论。     

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。     

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.     

混合时间测定方法剖析与过程模拟

用湍流理论和微观混合理论对碘液退色测混合时间方法进行分析,建立了退色过程中宏观混合与微观混合的数学模型,并给出了三种桨叶的模型参数。计算表明,宏观混合时间与整个过程的混合时间的比例,随单位体积功耗的增大而增大。     

自浮颗粒三相体系的搅拌混合技术(Ⅰ)——搅拌桨的影响

研究了搅拌桨型对自浮颗粒三相体系的搅拌混合的功耗、气含率和釜底固含量等的影响,发现液高与釜径比大于１．６时三层桨的混合参数优于两层桨的,提出了最佳的搅拌桨型组合,还回归了其功耗和气含率的关联式     

爆震室内气体混合过程的数值模拟

气云爆震与燃料/空气的混合程度密切相关. 为研究填充后爆震室内燃料和氧化剂的混合情况,采用大型计算流体力学仿真软件对爆震室内燃料和空气的填充混合过程进行数值模拟,并着重研究了入口直径、入口速度以及填充的燃料与氧化剂的质量比等参数对爆震室内燃料/空气混合均匀所需距离的影响. 计算结果表明,爆震室内燃料/空气混合均匀所需的距离与燃料和空气的入口速度的比值有关,随着燃料入口速度与空气入口速度的比值的增大(减小或不变),乙炔和空气混合均匀所需的距离相应增大(减小或不变).     

工业结晶器内流体流动过程的数值模拟

对某无机盐工业结晶反应器中的流体流动过程进行了三维数值模拟,采用多重参考系法(MRF)及标准k-ε模型,分析了桨型、转速、桨的安装高度对结晶器流场的影响情况。计算结果表明:速度分布主要集中于内导流筒内部以及内、外导流筒之间的区域,相应地,结晶器被粗略地划分为对反应结晶过程具有不同作用的两个区域——内导流筒内速度较大的循环区和外导流筒外速度较小的沉降区。通过对循环区和沉降区的速度分布比较,认为推进式搅拌桨的流体流场速度云分布均一性要好于其他型式的搅拌桨,其最佳安装高度为3.5~5.7 m。在合适的搅拌速率下,结晶器沉降区的流体流动速率具有均匀向上的特点,可以有效带出部分小粒子,有利于获得大粒度产品。通过流动过程的数值模拟获得详细的流场分布及操作参数,为结晶器结构和操作参数优化提供了理论指导。实践表明:优化后的产品粒度显著提高,产品中大于0.2 mm的粒子从优化前的不足50%提高到优化后的90%以上,干燥产品的天然气消耗从优化前的22 m3/t降低到优化后的15m3/t,节能降耗效果显著。     

离心式搅拌细胞培养反应器的流体循环及氧传递规律

研究了一种具有离心式搅拌器的新型细胞培养反应器的流体循环，混合特性及氧传递规律。采用这种离心式搅拌器，既充分利用了细胞提升式搅拌器的优点，又大幅度地提高了流体循环效率。氧传递速率，通气速率均与转速有关，其中通气速率的影响最为显著。根据实验数据，建立了反应器中的氧传递和提长筒中流体流动的关联式。