无挡板搅拌槽内的自由表面湍流流场研究

基于VOF多相流模型,建立了自由液面搅拌流场的数值模型和模拟方法。以偏心和无挡板中心搅拌槽为例,分别使用标准k-ε模型和分离涡模型研究了搅拌槽内流体的时均速度分布,发现数值模拟结果与实验结果吻合较好,仅略低于实验值。整体而言,使用分离涡模型时模拟结果与实验值之间的误差不超过12%,而k-ε模型的模拟精度则较差。研究结果表明,分离涡模型和VOF模型相结合,能很好地模拟搅拌槽内流体的自由液面流动特性。     

偏心轴搅拌槽内的层流流场特性

针对搅拌槽内处理层流状态下高黏度流体时混合效率偏低的现象,提出一种偏心轴(轴结构为曲轴)搅拌方式。首先以纯度为99%的甘油为介质,传统的二叶平桨为研究对象,对直径0.3 m的搅拌槽内的层流流场进行数值研究。中心搅拌时速度模拟结果与试验结果对比,验证了所建模型及模拟方法的可靠性。研究发现,与中心搅拌相比,偏心搅拌和偏心轴搅拌所产生的流场结构是非对称的;相同转速下,偏心轴搅拌相比中心搅拌时流体的槽内整体的体积加权平均速度增大了约68%,功率准数比中心搅拌增加了约15.3%;偏心轴搅拌对槽内速度的提升,扩大了流体扰动范围,对提高槽内流体混合效率具有一定的优势。     

偏心轴搅拌槽内的层流流场特性

针对搅拌槽内处理层流状态下高黏度流体时混合效率偏低的现象,提出一种偏心轴(轴结构为曲轴)搅拌方式。首先以纯度为99%的甘油为介质,传统的二叶平桨为研究对象,对直径0.3 m的搅拌槽内的层流流场进行数值研究。中心搅拌时速度模拟结果与试验结果对比,验证了所建模型及模拟方法的可靠性。研究发现,与中心搅拌相比,偏心搅拌和偏心轴搅拌所产生的流场结构是非对称的;相同转速下,偏心轴搅拌相比中心搅拌时流体的槽内整体的体积加权平均速度增大了约68%,功率准数比中心搅拌增加了约15.3%;偏心轴搅拌对槽内速度的提升,扩大了流体扰动范围,对提高槽内流体混合效率具有一定的优势。     

圆盘涡轮式搅拌槽的数值模拟

用计算流体力学软件FLUENT6.2,多重参考系法对圆盘涡轮式搅拌槽在不同转速下的流动进行了整体数值模拟.采用标准k-ε湍流模型成功模拟了搅拌槽内的流动分布,考察不同搅拌转速和不同计算方法下搅拌桨的功率准数.给出搅拌槽内速度分布和湍流动能分布图.为该领域研究者提供指导.     

45°涡轮桨搅拌槽内搅拌特性数值模拟研究

采用多重参考系法(MRF)及标准k-ε模型对工业中广泛应用的45°折叶涡轮桨搅拌槽内的搅拌特性进行模拟,考察不同监测点对混合效果的响应情况,发现不同监测点的响应出现明显的差别.对搅拌桨距槽底距离变化时,槽内搅拌流型以及速度矢量的分布和功率消耗情况进行模拟研究,结果表明当C/T为0.278时,槽内流型发生转变;当流型转变时,搅拌桨消耗功率达到最低.     

LDV用于搅拌槽流场测量的实验研究

对三维激光多普勒测速系统(3D-LDV)和测量原理进行了介绍,同时利用该设备对搅拌槽内的流场进行了湍流测量和流场分析,给出了搅拌槽内的时均速度场分布、脉动速度、湍流动能和雷诺应力等实验结果,为搅拌槽的设计和放大提供了很有价值的实验依据.     

基于SC/Tetra的搅拌槽挡板数目优化

在搅拌设备中,挡板的存在可有效地避免内部出现大涡流现象,使搅拌效果优于普通非挡板结构的搅拌设备.应用计算流体动力学软件SC/Tetra研究了搅拌槽挡板数目对其内部流场的影响.采用控制体积法离散控制方程,利用非连续网格对搅拌槽静止区域和旋转区域之间的界面进行剖分,然后基于Simpler算法和κ-ε湍流模型对搅拌槽内部流场分析仿真.计算结果表明,挡板数目愈多,湍动能的变化愈复杂,进而内部搅拌效果愈好,分析得知实际工程中挡板数目取4或6片为宜.     

防冲挡板对液液分离器入口流场影响的数值分析

应用Fluent软件对卧式液液分离器入口处防冲挡板的作用进行数值研究,综合分析不同进液速度、冲击间距和挡板尺寸对分离器内流体在挡板前后流动状态的影响,并提出改进方案.结果表明:随着冲击间距的增大,防冲挡板前部的环形回流区的尺度不断增大,冲击射流中轴线上方的环形回流区中心向后上方移动,轴线下方环形回流区中心向后下方移动,迫使环形回流区之后的顺、逆时针涡流向挡板后移动;冲击间距越小,防冲挡板降低冲击射流速度和湍流强度的效果越好,但冲击间距不可小于进液管直径;随着防冲挡板尺寸的增大,防冲挡板后部的流场稳定性增强,但当挡板尺寸过大时,挡板与分离器内壁之间形成狭缝射流,具有较大的速度和动量的流体冲击后部流场,造成分离器内部流场严重湍动及速度分布不均.     

基于湍动能的转套式配流系统流场特性分析

为了分析转套式配流系统内部流场动能损失及耗散情况,本文以配流系统全流场为研究对象,基于湍动能求解雷诺应力,采用专业流体软件Fluent模拟其流体域内部湍动能分布、流速分布和流量脉动情况,并详细分析了三者之间的关系及湍动能分布对流速与流量脉动的影响。分析结果表明,湍动能大小分布与流速大小分布特性基本吻合;流场内部动能损失较大,流动不稳定点出现在进、排流质转换瞬间,且在转换瞬间出现较大流量倒灌现象。该研究具有重要理论意义和工程应用价值。     

带导流筒无挡板搅拌槽搅拌功率的实验研究

针对全容积充满操作的搅拌反应器设计,在带导流筒无挡板的有机玻璃搅拌槽内,采用避免气体自吸的充液排气法,通过轴上扭矩法测量无自吸气体干扰的搅拌功率数据,考察了搅拌转速、气体分布器型式及位置、进气量、桨型和湍动程度对搅拌功率的影响。研究结果表明,导流筒的存在导致搅拌功率增加;随着搅拌转速的增加,Rushton桨和PBTD桨的扭矩和搅拌功率均增大,且Rushton桨的搅拌功率大于PBTD桨的搅拌功率;气体分布器型式及位置对搅拌功率的影响很小;通气条件下PBTD桨和Rushton桨的功率均出现降低,PBTD的功率在通气条件下降低更显著;2种搅拌桨的功率准数在湍动程度剧烈的高雷诺数条件下趋于常数。     

新型内外组合桨搅拌湍流场的PIV测量和CFD模拟

利用PIV和CFD技术研究了湍流域内带有新型内外组合桨的搅拌设备内的流场。考察了不同转速比条件下,该搅拌桨产生的宏观流动场和湍动能分布。结果表明:在湍流域内,外桨搅拌行为的介入使得搅拌设备内流场的局部细节发生变化,但宏观流场结构不变。新型内外组合搅拌桨改善了搅拌罐内,尤其是罐体边壁区、罐底以及两内桨中间区域液体的湍动程度。当转速比较低时,有利于快速反应中介质的快速混合。     

摆动式搅拌槽内宏观流场的数值模拟

搅拌设备效率的高低在很大程度上取决于其内部流场的结构,因而对流场的研究就十分重要.采用FLUENT软件对自行设计的摆动式搅拌槽内的流场进行数值模拟,模拟时运用动网格技术来指定搅拌器的运动规律,采用标准k-ε模型对速度场进行了求解.结果表明:槽内的流场为充分发展的湍流,摆动式搅拌为径向流搅拌,桨叶上方的流动以切向剪切为主,下方以径向流为主.     

推进式搅拌混合器内湍流特性研究

利用计算流体力学湍流模型和多重参考系法对典型的推进式搅拌混合器内湍流特性进行分析,得到了混合器内时均速度和湍动能的分布特性。研究结果表明,随着半径的增大,时均速度数值先增大后降低,桨叶顶端附近的时均速度较大,与文献试验相吻合;叶轮下端排出区时均速度数值随着轴向位置的增加呈现先增大后急剧下降趋势,在叶轮以上区域沿轴向变化趋于一致;叶轮排出区湍动呈现非均匀性,同一轴向或径向位置各点湍动能最大相差7～9倍。推进式桨叶与45°三叶折叶桨相比具有较好的轴流特性和相对较远传输距离。     

外环流气提式反应器液体局部动力学的实验研究和数值模拟

在外环流气提式气液反应器内,分别以空气和质量分数5%羧甲基纤维素(CMC)水溶液为气相和液相,对液相局部动力学进行了系统研究。应用电极示踪测试技术(ETM)测定了下降段液体速度;应用计算流体力学软件FLUENT 6.0对上升段的液体湍动能和湍动能耗散率进行了模拟计算。模拟结果表明:气体分布器对液体湍动能和湍动能耗散率有较大影响,液体湍动能和湍动能耗散率随表观气速的增大均增大,且液体湍动能呈现出较对称的波动模式。在低气速下,局部液体速率的模拟结果与实验数据吻合良好。     

三维紊流模型在丁坝中的应用

对淹没丁坝水流三维计算进行了研究和探讨,采用标准k-ε模型结合璧面函数的方法,模拟分析了丁坝淹没情况下丁坝附近的流场、紊动能及耗散率的分布,并把计算结果与实验资料进行了对比分析,计算值和实验值符合较好.此外,模型较好地模拟出了丁坝顶端的分离流、坝后回流及回流区横断面上的二次流.     

底部对数螺线挡板对搅拌釜流场特性影响的数值模拟

采用CFD方法对底部不同结构尺寸对数螺线挡板的搅拌釜内流场特性进行了数值模拟。模拟采用多重参考系方法、滑动网格法和k-ε湍流模型。在100r·min-1转速下,对不同结构尺寸底部挡板流场进行模拟分析。结果表明：增大底部挡板弦长与宽度有利于强化搅拌釜混合效果,缩短混合时间。底部挡板改善了叶轮区以下区域的流动状况,轴向流动与挡板弦长和宽度成正相关,与离心距离成负相关。底部挡板对将剪切速率有一定的提高,增加弦长与宽度有利于剪切水平提高。