同轴搅拌混合器性能的数值模拟

介绍了由锚式桨和涡轮桨组成的同轴搅拌器,并利用计算流体动力学软件对其进行了数值模拟,工作介质为牛顿流体和非牛顿流体,考虑了3种不同的工作模式:涡轮桨单独旋转、内外桨同向旋转和内外桨反向旋转。通过分析搅拌器内的功率消耗、速度分布、压力分布和剪切速率分布,得出内外桨同向旋转为该同轴搅拌器的最佳操作模式。     

基于VOF法的絮凝搅拌器流场数值模拟

应用流体体积函数(volume fluid,VOF)法和RNGk-ε湍流模型,对絮凝搅拌器在不同搅拌速度时的流场进行了三维数值模拟。结果表明:VOF法可以较好地模拟气液界面,速度矢量模拟结果可以解释液面下凹现象;不同搅拌速度时的液相体积平均速度梯度模拟结果与搅拌机给定的平均速度梯度值非常接近;搅拌器内液相的局部速度梯度差异显著(可达2～3个数量级,桨叶附近的局部速度梯度最大),然而不同截面的平均速度梯度差异并不显著(1个数量级之内)。     

搅拌槽内轴向对流循环的试验

以搅拌槽内单相湍流流场为研究对象,采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对MK和ZHX搅拌器进行流场测试,得到不同几何参数的搅拌器在不同工况下的时均速度场分布.在此基础上计算挡板前轴向速度梯度的分布,由速度梯度的衰减确定搅拌槽内轴向对流循环的有效作用范围,并考察桨型、叶轮离底间隙和叶轮转速对轴向对流循环有效作用范围的影响.试验结果表明,在液面高度等于槽径时,轴流桨搅拌槽内轴向对流循环的有效作用范围与桨型、叶轮离底间隙和叶轮转速无关,高度为槽径的2/3.     

搅拌器内湍流场的CFD模拟研究

采用CFD技术研究了DT和PTU型桨叶搅拌器内的湍流场,结果表明：对于PTU和DT桨叶,理论预测速度场分布规律与LDA测试结果吻合较好,理论预测漩涡的空间位置坐标与实测值完全一致预测速度值与实测值在桨叶叶尖附近相对误差比较大,在离旋转中心轴线2R／3处竖直线上,对于DT桨叶搅拌器,CFD预测的速度值和LDA测试值吻合比较好,最大相对误差在11％左右而对于PTU桨叶,在同样的空间位置上,CFD预测值与测试结果的变化趋势相吻合,速度峰值附近的误差较大,相对误差高达30%左右。     

筒式搅拌器的设计与性能初探

本次研究主要对筒式搅拌器的结构、原理进行了分析,并在搅拌功率和效率等方面与推进式搅拌器和涡轮式搅拌器进行了对比,结果表明,在同样的条件下,筒式搅拌器在各方面都更具优势。     

絮凝搅拌器内部流场特性数值模拟

在气液交界面形态对比和LDV试验验证基础上,基于CFX 侵入式实体模型,应用标准k-ε湍流模型对容积为1 L的絮凝搅拌器内部流场特性进行了数值研究.结果表明:下循环区的流体运动速度和速度梯度较大;搅拌强度增加,速度梯度增大;转速对叶轮附近切向速度梯度影响最大,该区域切向速度梯度值与其他区域最大相差两个数量级;下循环区湍流耗散率、湍流动能和涡流黏度较高;在研究转速范围内,转子转速对湍流动能影响相对较大,对涡流黏度影响相对较小.     

剪切力对滤水速率和细小纤维留着率影响的研究

尝试在DDJ（动态脱水仪）中用一倒置的圆锥体替代传统的螺旋搅拌器，在筛网上形成一个均匀的剪切场。比较了分别使用圆锥体和标准搅拌器时DDJ的滤水速度。分析了剪切力对细小纤维留着率的影响，指出了锥体体搅拌器的可行性和优点。     

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.     

闭式涡轮转盘塔中液滴大小的研究

用拍照法研究了闭式涡轮转盘塔中液滴平均直径ｄｐ与转速ＮＲ,总通量Ｖ,流比Ｌ等操作条件的关系,并与普通转盘塔作了比较。由于闭式涡轮的强烈搅拌作用,ＮＲ和ｄｐ均比ＲＤＣ大大降低,且由于ＮＲ小于临界转速ＮＲｃ,液滴上升过程中被转盘进一步分散的几率很小,因而ｄｐ轴向分布较均匀。实验结果与理论分析预测相吻合。     

卧式双轴搅拌槽的液固两相流数值分析

采用液固两相流的数值模拟方法,针对卧式双轴搅拌器的均质混合,运用FLUENT软件结合非结构化网格划分、Eulefian多相流模型、RNG k-ε湍流模型及离散相模型,在非稳态条件下数值模拟卧式双轴搅拌槽的速度分布、压力分布、湍流强度及颗粒轨迹线的规律,分析不同工况对均质混合效果的影响,并获得搅拌轴扭矩及流场冲刷磨损率.在此基础上,分析搅拌功率、搅拌效率和叶片冲刷磨损率的变化规律.研究结果表明:搅拌功率随粒径增大而减小,随体积分数的增大而增大,与转速近似线性关系;当转速高时,搅拌效率高,且粒径和颗粒体积分数对搅拌效率影响小;当颗粒体积分数大时,磨损量大;当粒径增大时,磨损率先增大后趋于平稳.     

新型RAF翼型轴流桨的开发

提出了新型ＲＡＦ翼型轴流桨的设计方法，对该桨叶的混合性能进行了系统研究。结果表明，ＲＡＦ桨与圆盘透平桨相比，具有泵送流量大、功耗低混合时间短、分隔指数小等优点，但在ＣＭＣ溶液中的容积传质系数较小。     

湍流度对水平轴风力机尾流及转矩特性的影响

基于一台33 kW的水平轴风力机,利用大涡模拟耦合致动线的方法,模拟均匀来流以及不同湍流度来流条件下的风力机尾流流场,研究湍流度对水平轴风力机尾流及转矩特性的影响.结果表明:湍流来流时风力机尾流与周围流场的能量交换比均匀来流时更强,湍流掺混速度更快,从而使得尾流区速度恢复加快,且湍流度越大,速度恢复越快;相较于均匀来流...     

搅拌槽内流动结构的粒子图像测速技术研究

使用粒子图像测速技术（PIV）对Rushton桨在全挡板搅拌槽内的流场结构进行了研究。在同一搅拌槽中采用固定雷诺数的放大准则,对比了不同直径的Rushton桨的速度和湍流动能分布。结果表明,Rushton桨叶产生的径向射流沿径向方向是向上方倾斜的,倾斜角度在5°～6°;在排出区,湍流动能沿径向先增加至一峰值后减小;不同桨叶直径的Rushton桨,无因次化后的速度和湍流动能的大小分布在桨叶附近几乎没有差别,但随着桨叶直径的增大,剪切速率和输入功率减小,射流偏角和排出量增大。     

轴流泵、径流泵及混流泵流线型叶轮三元解析设计方法

在三元圆柱形坐标系中求解叶轮泵内流体连续方程、运动方程及能量方程,得到相对速度的分布及流面的解析表达式,再按照流面形状设计轴流、径流和混流泵叶轮轮盘及叶片,消除泵内紊流及滞止流,改进叶轮的流体动力学特性并提高泵效率．此方法在混流形叶轮血泵应用后,成功解决了叶轮泵破坏血液的难题．     

小流量工况下旋转离心叶轮内部流场PDA测量与分析

在小流量工况下，采用PDA技术对一旋转离心叶轮内部的速度场进行了测量与分析，叶轮出口带有无叶扩压器．对流道内不同流面的数据进行了数据采集和统计．实验结果表明，在小流量工况下，沿周向叶轮内的相对速度从吸力面到压力面先减小后又增大，吸力面处的速度大于压力面；沿流动方向，因流道逐渐变宽，相对速度逐渐减小；靠近轮盖侧，流场结构复杂，在流道中部存在低速区；沿轴向，从盖侧至盘侧，相对速度逐渐增大，分布逐渐均匀；叶轮出口吸力面侧存在气流分离现象．     

叶轮冲角变化对叶轮效率的影响

 可调喷嘴涡轮通过调节喷嘴环的转角,改变涡轮的流通面积,使涡轮的流量特性和效率特性发生变化,从而使涡轮与发动机在较宽广的工况范围内保持良好的匹配.叶轮冲角发生变化时,对叶轮效率影响很大.运用三维数值模拟技术,对JK90S可调喷嘴涡轮叶轮冲角进行了数值计算和流场分析,研究叶轮冲角变化对叶轮效率的影响.结果表明,在不同的油门和不同的发动机转速下,叶轮的最佳效率对应的叶轮入口冲角不同.在发动机100%油门开度时,叶轮的最佳效率冲角约为-45°;在发动机50%油门开度时,叶轮的最佳效率冲角约为-35°.小于最佳效率冲角时,叶轮效率迅速下降;大于最佳效率冲角时,在一个较宽广的冲角范围内叶轮能维持较高效率,随着发动机转速的提高,叶轮高效区的冲角范围逐渐变窄.     

搅拌桨内部三元流动计算

对计算叶轮机械内部三元流动的任定准正交面法略加个性后，用于计算搅拌桨内部的流动。计算所得的桨叶排出流的三维速度分布与实验结果大体一致。计算结果表明，不同转速下的桨叶排出流的无因次轴向速度分布是重合的，桨叶直径，叶片安放角，盘面比，轮毂比对桨叶排出流的速度分布的均有影响。     

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。     

长输管道输油鲁尔泵内部流场特性研究

“西油东送”油气集输系统中的鲁尔泵输油机组在某些工况下会发生剧烈的湍流流动,影响了输油管路的输送效率。为了探究输油鲁尔泵的叶轮-导流器动静干涉特征,保证其稳定运行,采用基于SST k-ω(k为湍动能,ω为耗散率)湍流模型对鲁尔泵内部非定常流场进行数值分析,在不同流量工况下探讨了鲁尔泵内的压力分布规律和各过流部件的内部流场特性。结果表明：流体静压呈现从叶轮中心随叶片方向不断增大的趋势,在叶轮出口达到最大值。导流器中静压分布较为均匀,在叶片根部存在低压区,对此处的焊接结构造成了不利影响。需对导流器结构优化从而延长部件寿命。流体绝对速度从叶轮中心随流道不断提升,在叶轮出口达到最大值。在低流量工况时,叶轮中速度梯度过大,并且导流器中出现了大量湍流区域,造成了十分严重的冲击损失与水力损失,在实际工作中,工作流量的设置不应过度偏移额定流量。