固-液搅拌槽内颗粒离底悬浮临界转速的CFD模拟

使用计算流体力学(CFD)软件FLUENT对固-液搅拌槽内颗粒离底悬浮临界转速进行了CFD数值模拟。搅拌槽直径T=500mm，四块挡板均布，搅拌桨为标准六直叶涡轮桨。两相物系为石英砂-水，固体体积分数为5%。文中使用不同的方法作为颗粒离底临界悬浮的判据，推算出颗粒离底临界悬浮转速N_js，计算得出的N_js值和文献数据比较有较好的一致性。同时研究了搅拌槽内的固体浓度分布和固、液两相的速度分布；比较了6个不同搅拌转速下的固体颗粒悬浮状况。     

偏心搅拌槽内高浓度浆液颗粒的悬浮特性

以直径为0.34 m的无挡板平底圆筒形搅拌槽为研究对象,对偏心搅拌槽内高浓度浆液中颗粒的悬浮特性进行了数值研究,分析了45°的4斜叶开启涡轮式搅拌桨(PBT)和3窄叶整体板式螺旋桨(ZHX)2种桨型在不同偏心率和转速时,搅拌槽内的流型分布、颗粒体积分数分布、完全离底临界悬浮转速以及功率消耗,并与试验结果进行了对比.结果表明:对于高浓度浆液,偏心搅拌打破了中心搅拌时流场结构的对称性,提高了流体的轴向循环能力,颗粒悬浮效果优于中心搅拌;固体颗粒的悬浮效果与搅拌桨在槽内的偏心位置有关,当偏心率E=0.4时颗粒悬浮效果最佳,但偏心搅拌会增大颗粒的完全离底临界悬浮转速和设备的功率消耗,不利于节能降耗.     

气—液—固相体系颗粒完全离底悬浮的临界搅拌转速

在机械搅拌槽中，使用翼形轴流浆、涡轮浆、６叶４５°斜叶桨，对低粘度物系气－液－固三相体系的颗粒完全离底悬浮的临界搅拌转速ＮＪＳＧ作了实验研究，阐明了不同搅拌浆结构下，悬浮液浓度及通气量对ＮＪＳＧ影响的规律，实验得出在相同的悬浮液浓度及通气量下，Ｋ４的ＮＪＳＧ最低。     

无挡板搅拌槽内固液悬浮的试验

在直径为0.34 m的无挡板平底圆筒搅拌槽内,采用PBT和ZHX两种搅拌桨对固相体积分数为20%的玻璃微珠-水固液两相体系的悬浮特性进行试验研究.采用固体激光器和数码相机分别研究了搅拌桨离底间距和桨型,以及偏心搅拌时偏心率对固相颗粒的悬浮状态与悬浮临界转速及功率消耗的影响,得出了无论是同轴搅拌还是偏心搅拌,搅拌槽底部边缘角落区的颗粒都不能沿周向同时悬浮.搅拌桨离底间距较低有利于颗粒的悬浮,所耗功率愈小,在相同工况下固相颗粒的悬浮效果PBT型桨优于ZHX型桨,偏心搅拌时,颗粒悬浮临界转速和功率消耗均较同轴时的大,且随偏心率的增加而增大,因而,对高浓度固液两相体系的悬浮混合不宜采用偏心的搅拌装置操作.     

气－液－固三相体系颗粒完全离底悬浮的临界搅拌转速

在机械搅拌槽中，使用翼形轴流桨（Ｋ４）、涡轮桨（ＤＴ）、６叶４５°斜叶桨（６ＰＴＤ、６ＰＴＵ）（排出流向下、向上），对低粘度物系气－液－固三相体系的颗粒完全离底悬浮的临界搅拌转速Ｎ_（ＪＳＧ）作了实验研究，阐明了不同搅拌桨结构下，悬浮液浓度及通气量对Ｎ_（ＪＳＧ）的影响规律。实验得出在相同的悬浮液浓度及通气量下，Ｋ４的Ｎ_（ＪＳＧ）最低。     

固液搅拌槽内桨叶启动过程中的两相流动特性

将折射率匹配技术与粒子图像测速技术结合,测量了固液搅拌槽内桨叶启动过程中的两相流动特性。实验所用搅拌槽为平底方槽,搅拌桨为45°四斜叶桨,桨叶搅拌雷诺数389~2 332,固体颗粒的最大体积分数15%。实验考察了桨叶操作方式、搅拌转速和固含率对搅拌槽内瞬态颗粒分布和颗粒床层处瞬时流场的影响规律,结果表明：相同转速下桨叶为上提操作时流体对颗粒床层的侵蚀作用强于下压操作,颗粒开始悬浮的时间早,但悬浮高度较低;随着搅拌转速的增加,流体对颗粒床层的侵蚀作用增强,体系达到稳态后搅拌槽内颗粒云的均一度和高度也出现上升趋势;固含率从5%增加至15%时,搅拌槽内悬浮起的颗粒数量增加;流体侵蚀颗粒床层的临界速度范围在0.1~0.25 m/s。     

固液搅拌槽内近壁区液相速度研究

在直径476mm的固液搅拌槽内,采用自行研制的双电导电极探头对搅拌槽内距壁0.4mm的近壁区液相速度进行了测定。平均固相体积分数φ_v从10%至54%。实验结果表明：固体颗粒离底悬浮最小液相速度与固液的物理性质有关,而与实验的操作条件无关;液相速度和搅拌转速在近壁上流区成正比关系,而在槽底区不成正比关系;临界均匀悬浮时,近壁上流区液相速度不随固相体积分数变化;悬浮高度处液相速度和操作条件无关等。     

双层桨叶搅拌罐内固液混合均匀度研究

为提高工程中双层搅拌罐的搅拌均匀性,使用ANSYS Fluent,通过Euler多相流模型以及标准k-ε 的湍流模型对双层桨叶搅拌罐内固液混合过程进行模拟。分析了不同转速、桨叶的直径和桨叶间距离对搅拌罐内固液混合均匀度影响,并结合罐内速度对固液混合过程进行定量分析。结果表明：当转速低于300 r/min时,搅拌罐内不会出现均匀悬浮,当转速为300、400 r/min时,出现完全离底悬浮,继续增大转速反而降低搅拌效果;当桨叶直径为0.5 D时,搅拌罐内固相分布均匀性好;当桨叶距离为390 mm,J1型桨叶的固相有较好的悬浮,当桨叶距离为440 mm,J2型桨叶的固相有较好的悬浮;当距离大于440 mm时,固相大多沉积在搅拌罐底部;桨叶直径和桨叶数量对 几乎没有影响,转速对 影响较大;在J1型桨叶组合,转速为400 r/min、桨叶距离为390 mm时的 最低;在J2型桨叶组合,当转速为300 r/min、桨叶距离为440 mm时的 最低;转速为300 r/min时J2型桨叶搅拌更好,转速为400 r/min时,J1型桨叶搅拌更好。在最佳参数组合下,搅拌24 s即可达到最好的搅拌效果。     

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.     

自吸式涡轮搅拌桨的性能研究

系统地测定了自吸式双圆盘六叶涡轮桨应用于气-液-固三相浆态搅拌反应器的性能。研究了吸入气体的临界转速、表征搅拌桨对气体抽吸能力的吸气压力、气体自吸的吸入流量、搅拌功率、气含率、气液分散性能和气液传质规律,以及固体催化剂颗粒的悬浮问题。采用磁钢密封结合自吸式涡轮搅拌桨的三相浆态搅拌反应器,比较适宜于精细化学品合成的工艺研究及本征动力学测定,并对中小规模三相浆态反应工艺的连续化生产提供了可行性研究。     

温度对气-固-液三相搅拌反应器内气液分散特性的影响

在直径为0.476m的椭圆底搅拌槽中,采用以半椭圆管盘式涡轮（HEDT）为底桨、上提操作的宽叶翼形桨（WH_U）为中、上层桨的三层组合桨,研究24℃～95℃范围内不同温度下气-液-固体系中搅拌功率、气含率及固体颗粒完全离底悬浮特性。结果表明,体系相对功率需求（通气功率与不通气功率之比）RPD随温度的升高而增大,但随固含率的提高,温度对RPD的影响程度减弱。气含率随温度的升高而明显下降,其下降的幅度也随固含率增加而减小。本文结果及通气功率、气含率关联式对于工业热态通气三相搅拌反应器设计和操作具有一定的参考价值。     

高固含固液搅拌槽内颗粒悬浮与混合特性

对高固含体系下Intermig桨搅拌槽内的桨叶搅拌性能以及颗粒的混合与悬浮特性进行实验研究.采用光导纤维技术对不同桨径、搅拌转速和桨叶离底距离下搅拌槽内底部以及轴向颗粒密度进行测量,同时对临界悬浮转速和搅拌功率进行测定.实验结果表明:对高固含液-固搅拌体系,所采用的Intermig搅拌桨具有很好的轴向混合特性,该桨适合在较大的桨径和较低的桨叶离底距离下应用,可在促进颗粒悬浮与均匀分布的同时,大大降低功率消耗.通过对实验结果的分析和拟合得出底部均匀度与搅拌槽内弗劳德数有关,Q=0.58Fr-0.35,Intermig搅拌桨功率准数在0.2 ～0.3之间,且与雷诺数关系为NP=2.1Re-0.2.     

沸腾态气-液-固搅拌槽内宏观混合时间的研究

在直径为0.476m的椭圆底搅拌槽内,采用电导率法研究了沸腾态气-液-固三相体系内混合时间特性。主要考察分散相(气体、颗粒)和功耗对混合时间的影响。实验结果表明：沸腾态搅拌槽内,同转速条件下,颗粒体积分数对单位质量功大小影响较小;仅转速高于480r/min范围内,表观气速增加,体系单位质量功略有下降。颗粒临界悬浮转速随颗粒体积分数的增加而增加,但不随表观气速的变化而发生变化。沸腾态气-液-固三相体系内,混合时间随表观气速或颗粒体积分数的升高而延长。     

过渡流搅拌槽内单颗粒悬浮特性的实验研究

利用高速摄像技术对过渡流搅拌槽内单颗粒的运动特性进行捕捉,分析了搅拌雷诺数及桨叶离底高度对颗粒悬浮运动的影响规律,并使用二维粒子图像测速技术得到搅拌槽内的流场信息。研究结果表明：颗粒的临界悬浮转速随桨叶离底高度的降低而降低;桨叶离底高度对颗粒在槽底的运动影响较大;颗粒在垂直离底悬浮后,于桨盘下方附近螺旋上升或作持续的螺旋状圆周运动;搅拌雷诺数升高对颗粒垂直上升的最大高度和最大速度影响较小,但会减小垂直上升过程中桨盘的转动圈数;颗粒螺旋上升是由于轴向流场在颗粒停滞位置向两侧产生了分叉;颗粒的悬浮主要是由流体的主体流动引起的。     

固-液搅拌槽内槽底流场的CFD模拟

使用计算流体力学CFD软件CFX-5.5.1对搅拌槽内固液流场进行了数值模拟。搅拌槽直径T=476mm, 槽内均布四块挡板,搅拌桨为CBYⅢ桨。两相物系采用玻璃珠-水体系,固体体积分数Фv为5.4%。文中使用标准κ-ε模型计算了清水与固液两相的流场,考察了槽内的流场的分布对固体颗粒悬浮状况的影响,同时把槽底的清水和Фv为5.4%的固液两相模拟结果与实验结果进行了对比,模拟结果与实验较吻合。     

粉煤灰预处理浆液槽停车与启动瞬态过程研究

用数值模拟方法对粉煤灰预处理浆液槽内固相颗粒的沉降及悬浮瞬态过程进行研究,同时以稳态模拟结果为初值对工业实际生产中的突发停车事故进行了研究,并分析了颗粒相分布和搅拌功率在停车以及再启动过程中的变化情况.结果表明,在浆液槽停车过程中内部固液两相运动速度不断衰减,固相颗粒逐渐在槽底形成沉积层,槽上部出现清液层;再启动之后固相颗粒重新分布于浆液槽中,停车0.5,h和1.0,h分别需经过6,min和10,min的搅拌才可以再次达到均匀悬浮状态,而且再启动初期搅拌功率陡增,最高可以达到稳定水平的1.6倍,如果不在搅拌设备上预先加装辅助搅拌设备则会有烧毁电机的危险.本研究可以有效预防突发停车事故.     

9种搅拌器以水为介质混合时间的测定

在7 L玻璃搅拌釜中,以水为实验介质,在无挡板条件下采用温差法和比色法,考察了9种搅拌器的混合时间.结果显示:在实验转速范围内,所有搅拌器随着转速的升高,混合时间缩短.对6种小浆叶(d/D=0.5)搅拌器而言,双层六直叶开启涡轮式桨叶的混合时间最长,单层四斜叶T型桨A的混合时间最小;在单层搅拌器中,六直叶开启涡轮式搅拌器的混合时间最长;对大桨叶(d/D=0.8)搅拌器而言,框式混合时间最长,单层二斜叶T型桨B最短;温差法和比色法两者测定结果趋势基本一致.     

高纯氢氧化镁大型反应结晶器CFD模拟

应用Fluent多重参考系坐标法及标准k-ε模型,考察搅拌桨安装高度、搅拌桨转速对大型氢氧化镁反应结晶器内流场分布及氢氧化镁颗粒悬浮状态的影响。计算结果表明,适当增加搅拌桨安装高度,有利于降低反应结晶器底部区域流体速度,从而有利于大颗粒沉降并进入排出设备;但搅拌桨安装高度过高,会导致折流筒内的流体速度增加,速度均匀性变差,搅拌桨安装高度为3.3 m为宜。低搅拌速度不利于氢氧化镁颗粒悬浮,随着搅拌桨转速提升,沉降区的流动均匀性显著改善,结晶器内晶体颗粒的悬浮状态更加均匀,最优转速为70 r/min。     

推进式搅拌器固液混合的计算流体力学模拟

为了研究推进式搅拌器的固液混合性能并为设计和优化提供依据,通过建立其计算流体力学模型,探讨了固体颗粒由沉积在搅拌罐底部的初态达到稳定混合的过程.搅拌器旋转、固液两相混合和罐内湍流分别采用多重参考系法、欧拉模型和标准k-ε离散模型进行模拟,初态颗粒沉积由补丁函数实现.根据流速场、固颗粒分布、力矩与功率数据研究了不同工况对力矩、功率和悬浮状态的影响,并改进底部结构以减少底部沉积.数值仿真结果表明:推进式搅拌器轴向循环显著,颗粒分布较为理想,转速和体积分数增加会提高总力矩和功率,颗粒增大则会减小压力力矩、增大切应力力矩,并且加重沉积;底挡板能够减少底部沉积并且促进颗粒悬浮.所建模型和模拟结果能够有助于加深对推进式搅拌器流场特性的了解,并有利于对其进行设计和优化.     

偏心搅拌槽内固-液悬浮特性研究

为研究偏心搅拌时的固-液悬浮特性,采用PC-6D浓度测量仪研究了Rushton桨偏心搅拌槽内石英砂-水两相体系的悬浮过程,分析了偏心搅拌时的固-液悬浮特征,测量了不同偏心率时的固相浓度分布和功率消耗,并与中心搅拌进行了对比.结果发现:偏心搅拌时的临界悬浮转速和功率消耗均随偏心率的增大而增大,偏心率较小时的临界悬浮转速比中心搅拌时低,相同搅拌转速时偏心搅拌的功率消耗比中心搅拌时大;偏心搅拌时的固相浓度分布比中心搅拌均匀,偏心率为0.2时的悬浮效果最好,此时的临界悬浮转速约为中心搅拌时的80%,能节省功率消耗.