2种型式搅拌桨用于工业规模搅拌釜内假塑性流体混合过程的数值模拟

用CFD技术研究了最大叶片式桨和三层六直叶涡轮桨的在大高径比工业规模搅拌釜中流体力学行为,以黄原胶溶液为研究体系,重点考察了功率特性、死区分率、剪切性能和混合时间等流体动力学性能.结果表明:2种搅拌桨的功耗与转速成正比,死区与转速成反比;随着雷诺数增加,釜内平均剪切速率增加.工业规模搅拌釜中,最大叶片式桨搅拌流场呈双循环流型,三层六直叶涡轮桨在每个桨叶叶端分别形成上下2个小循环.在相同单位体积功耗下,最大叶片式桨的混合时间相对于三层六直叶涡轮桨较短.     

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.     

涡轮桨搅拌槽内混合过程的数值模拟

文中采用FLUENT软件对六直叶涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟,选用多重参考系法(MRF)及标准kε模型,将速度场与浓度场方程分开进行求解,所得的混合时间的模拟结果与实验值相吻合。同时用计算机流体力学(CFD)方法研究了不同的加料点、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:混合过程主要由搅拌槽内的流体流动所控制,混合时间与加料点及监测点位置密切相关。研究结果对于工业搅拌反应器的优化具有一定的参考意义。     

同轴径向热管的数值模拟

基于不同工况、不同充液率下的同轴径向热管实验结果,利用数值计算的方法对热管内部工质进行模拟研究。研究结果表明:饱和蒸汽在上升过程中受热逐渐成为过热蒸汽,在顶部遇到迎面蒸汽时相互碰撞,流速几乎为零,此时蒸汽换热以导热为主,工质温度达到最高值;蒸汽工质沿径向上升在顶部出现回流现象,冷却水管壁顶部区域速度最低,冷凝速率最大;管壁温度分布由热管底部到热管顶部逐步上升,充液率为50%的热管,当横向坐标在7.5～22.5 mm区间内时,温度接近于线性上升,之后上升幅度变小。数值模拟结果与实验数据基本吻合,其相对误差小于5%。     

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。     

螺旋桨搅拌槽内流动场二维数值模拟

利用二维ｋ－ε模型对搅拌槽内流动场进行了数值分析,模型成功地预报了叶轮区流动特性,定性描述了循环区运动形式,计算考察了不同桨槽径比（Ｄ／Ｔ）下宏观流动场变化。计算结果表明,湍流能量主要产生和消耗于叶轮区及近壁区域、循环区域内湍流能量值很小。     

同轴送粉喷嘴气固两相流流场的数值模拟

在激光金属直接制造过程中,为获得较小特征尺寸和组织致密的熔覆零件,采用气固两相流理论对载气式同轴送粉喷嘴的内外流场进行了数值模拟,应用FLUENT软件中的离散相模型计算了粉末的流场浓度分布规律及汇聚特性.计算结果表明,同轴送粉喷嘴的焦点浓度在径向和轴向都近似服从高斯分布,在同轴送粉喷嘴锥角不变时,锥环间隙越小,粉末流场焦点处的浓度越大,聚焦半径和焦距越小,汇聚特性就越好.在同轴送粉喷嘴锥环间隙不变时,锥角过大或过小均不利于粉末汇聚,选择最佳锥角有利于获得最佳汇聚特性.在其他条件不变时,外层保护气体流速过大或过小也不利于粉末汇聚,当外层保护气体流速为6 m/s时,同轴送粉喷嘴粉末的汇聚特性最佳.因此,所建模型和模拟结果对同轴送粉喷嘴的设计和结构优化具有参考价值.     

平桨式搅拌器的搅拌功率曲线测定

根据测定与关联计算,给出平桨—耙式搅拌器在全流域的功率曲线及其关联式。     

同轴矩形电位分布的数值模拟方法

在用高斯定理计算电磁场时,往往只有当电荷(或电场)对称分布时,才有解析解,但在实际应用中,绝大多数的问题不能满足这一条件。为此,以同轴矩形槽电位分布为例,将数值计算的方法应用于不能直接用高斯定理解决的问题中,通过模拟仿真,获得了满意的结果。     

搅拌釜桨型对于明胶水解体系搅拌性能的数值模拟

运用计算流体力学软件FLUENT对双螺带搅拌釜、螺杆-螺带搅拌釜和INTERMIG式-螺带搅拌釜进行模拟.用GAMBIT建立流体的简化模型,采用多重参考系法处理搅拌桨区,对速度场、压力场和搅拌功率进行分析.结果表明,压力因素对浆型的选择影响较小,可以不考虑;速度场中组合浆对釜内流体流动有明显改善,且搅拌功率显著提高.综合考虑各影响因素,INTERMIG式-螺带组合桨是一种成功改进的组合桨.     

3-D Design and Numerical Simulation of Two-Phase Flow in the Laser Rapid Prototyping Coaxial Powder Delivery System

The metal powder direct and rapid prototyping technology is one of the most developing methods in the laser rapid prototyping technique. The coaxial powder delivery system is the key technique. The purpose of this paper is to introduce a new type of coaxial powder delivery system and simulate the metal powder and shield gas flow in the powder nozzle. 2-D and 3-D model of the new coaxial powder delivery system are established. Then gas-solid two-phase flow model and the k-ε turbulent model are selected to simulate the flow of metal powder in powder nozzle. The Euler-Lagrange method is used in the simulating computation. The results show that the new coaxial powder delivery system has stable performance, uniform powder flux, high cooling efficiency, and long useful life.     

螺带-螺杆搅拌槽内流动与剪切特性的数值模拟

以高黏物系混合为背景,采用数值模拟方法,选用高黏强剪切稀化流体为研究对象,考察了桨叶几何结构对螺带-螺杆搅拌槽内的流场及剪切特性的影响,研究内容包括流场精细结构(轴向速度及剪切速率分布)及搅拌槽宏观特性参数(轴向循环流量及体积平均剪切速率).计算发现,对搅拌槽内轴向速度影响最为显著的几何结构参数为螺带宽度(w_(HR)),随着w_(HR)/d_(HR)由0.05增大至0.20,最大向下无量纲轴向速度(u_z/u_(tip))_(maxD)由0.09增大至0.34;w_(HR)/d_(HR)=0.13时,搅拌槽内轴向循环流量Qz达到最大;搅拌槽内剪切速率与桨叶宽度及直径成正比,与螺距成反比;壁区影响最为敏感的为桨叶直径;s_(HR)/d_(HR)=0.4时,搅拌槽内体积平均剪切速率最高.最后,综合考虑搅拌槽内流场及剪切特性的几何效应,给出了螺带-螺杆搅拌桨设计建议.     

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．     

硬同轴电缆过渡器的仿真设计

随着CAD(计算机辅助设计)的兴起,出现了软件仿真这一新的设计理念和模式。该模式替代了传统的实验性微波器件研发设计模式。本文阐述运用软件仿真研制规格为3(1/8)″-4(1/8)″的硬同轴电缆过渡器的设计过程,利用HFSS(High Frequency Structure Simulator)软件建立过渡器腔体模型,通过软件仿真,观察过渡器中空气缝隙长度和支撑物切入深度对器件电性能的影响,根据仿真结果确定其具体数值,使过渡器的反射损耗达到设计指标的要求。     

泵及泵用作透平时的数值模拟与外特性实验

针对泵及泵用作透平时的内部流动规律等问题展开了研究,并建立了一种开式泵用作透平时的实验台,同时对一单级单吸离心泵的正反工况进行了外特性实验研究,从而得到了相应比转速的泵在正反工况下的外特性曲线,进而验证了泵在反运转时可用作透平且具有较高的效率.采用全流场和结构化网格技术对泵及泵用作透平时进行了数值计算,计算结果与实验结果吻合良好;对泵及泵用作透平时的内部速度场和压力场进行了分析.     

灯泡贯流式水轮机轮缘间隙流动的数值模拟

通过对灯泡贯流式水轮机在不同工况、不同轮缘间隙的泄漏流动进行数值模拟,得到了不同协联工况下轮缘间隙泄漏流动和叶片表面的压力及流线的分布规律。分析了不同轮缘间隙值下的泄漏流动对主流和水轮机效率的影响,从而为灯泡贯流式水轮机的水力设计和轮缘间隙的合理确定提供了理论依据。