带有新型内外组合桨的搅拌设备内流场的数值研究

以滑移网格法的基本思想为出发点提出了滑移周期的概念.利用滑移网格法计算了以一定转速比反向旋转的新型内外组合桨搅拌的流场.通过对双层斜叶平桨、标准锚式桨和新型内外组合桨产生的流场进行对比,研究了搅拌设备内的宏观流动场、时均速度、速度变化率、剪切速率和轴向循环能力.结果表明：滑移周期概念的提出在一定程度上解决了滑移网格法计算周期长、计算成本高的问题.采用新型内外组合桨,加强了径向流动和轴向流动,改善了搅拌设备近壁区的流动状况,且对假塑性流体流动状况的改善优于牛顿流体.新型内外组合桨的剪切水平和轴向循环能力均优于双层斜叶平桨.     

流体流变性对错位六弯叶桨流场特性的影响

利用计算流体力学(CFD)的方法,以高黏牛顿流体和假塑性非牛顿流体为研究对象,对错位六弯叶桨在层流域的搅拌流场特性进行了研究。结果表明:数值计算得到的功率值与实验测量值吻合较好,搅拌雷诺数对假塑性流体搅拌流场的量纲一速度和切应变速率影响较大,因此提高转速对改变流场的速度及切应变速率分布是一个有效的办法;而流体的流变性只对假塑性流体的量纲一速度有明显影响,对切应变速率影响较小,当流变指数n<0.3时与n基本无关。当流动由层流向过渡流转变时,搅拌桨的流量准数及泵送效率有显著提高;假塑性流体的流变指数降低时,其泵送效率显著下降。研究进一步认识了错位桨在不同流体中的搅拌流场特点,为高黏假塑性流体搅拌桨的设计、应用以及开发新型搅拌桨提供了参考。     

螺带型叶轮搅拌槽内流场分析与计算

采用粒子图像测速与数值计算方法研究了螺带桨流场,选用11种几何结构桨型及5种流变性质的流体(0.3≤n≤1),考察了层流流动(Re<100)状态下,桨叶结构、转速及流体假塑性对流型、速度分布及剪切速率分布的影响. 计算表明,核心区无量纲旋转角速度(a)随桨叶直径及螺距增大而减小,其值约在0.48~0.89;无量纲切向、轴向及径向速度分别约为0.44~0.47, 0.06~0.09及0.04,且前两者随螺距的增大分别呈线性减小及增大. a随流体粘度降低及假塑性增强而减小,非牛顿流体的流速小于牛顿流体;剪切速率随桨叶直径增大及流体假塑性增强而增大.     

最大叶片式桨在假塑性流体中的搅拌流场模拟

为研究最大叶片式桨在高黏假塑性流体中的搅拌流动行为,以黄原胶溶液为研究体系,采用计算流体力学方法重点研究了釜内流体的功耗特性、速率分布、剪切速率、表观黏度分布和总体流动状况。结果表明:最大叶片式桨具有与大多数径流桨相似的"双循环"流型结构,且预测的功耗特性与实验数据一致性良好。最大叶片式桨适用于高黏假塑性流体的混合,而对于高黏牛顿流体的混合则效果不佳。釜内的剪切速率分布较宽泛,且受转速影响较大。转速可作为该桨改善黄原胶体系混合效率的重要参数之一。     

组合桨搅拌器搅拌特性的研究

为使聚合釜内搅拌介质在湍流、过渡流及层流域都能达到良好的混合,对锚－三叶推进器、锚－内外单螺带、正交双层三角桨－单螺带、正交双层三角桨－内外单螺带等４种组合桨搅拌器,于φ３００ｍｍ的有机玻璃釜中,测定了在牛顿流体和假塑性流体中的搅拌功率和循环特性。实验结果表明,４种组合桨中,含正交双层三角桨的２种组合桨功率消耗小,循环能力明显较强,具有较好的循环性能和剪切能力,能在粘度变化范围宽广的介质中获得良好的搅拌效果。假塑性流体（羧甲基纤维素水溶液）的过渡流域用ｌｎＮ_ｐ＝Ａ_１＋Ａ_２ｌｎＲｅ＋Ａ_３（ｌｎＲｅ）￣２关联式,功率值精度高。     

组合浆搅拌器搅拌特性的研究

为使聚合釜内搅拌介质在湍流，过渡流及层流域都能达到良好的混合，对锚－三叶推进器，锚－内外单螺带，正交双三角桨－单螺带，正交双层三角桨－内外单螺带等４种组合桨搅拌器，于φ３００ｍｍ的有机玻璃釜中，测定了在牛顿流体和假塑性流体中的搅拌功率和循环特性。实验结果表明，４种组合桨中，含正交双层三角桨的２种组合桨功率消耗小，循环能力明显较强，具有较好的循环性能和剪切能力，能在粘度变化范围宽广的介质中获得良好的     

错位六弯叶搅拌槽内假塑性流体的混合特性

在直径为0.21 m的搅拌槽内,使用FLUENT?软件对错位六弯叶桨的流动场及混合性能进行了数值模拟.工作介质分别选用牛顿流体(水)和假塑性流体1.0%(wt)黄原胶水溶液,计算采用标准κ-ε湍流模型,并将牛顿流体的速度场分布与粒子图像测速仪(PIV)实验结果进行了比较.通过与标准六弯叶桨进行对比分析,阐述了错位桨用于假塑性流体搅拌时在混合速率和混合效率方面的特性.结果表明:速度矢量的计算值与 PIV 实验数据吻合较好,湍流模型的计算结果可靠;混合过程与流场结构密切相关,监测点位置对浓度变化有较大影响.错位六弯叶桨的混合时间数明显小于标准六弯叶桨,混合速率更高,同时错位六弯叶桨的混合效率大大高于标准六弯叶桨,单位体积混合能只有标准六弯叶桨的52%,具有节能功效,体现出错位桨的优越性.     

轴流式翼型-透平组合桨在搅拌釜内的流动

<正>搅拌反应器是化工、医药、食品工业中广泛应用的基础设备之一,当搅拌釜内液深与搅拌釜直径相比较大时(通常比值大于1),往往采用双层或多层桨,以保证顶部到底部的循环流动。 透平桨产生的是径向流,形成以桨叶为中心线的上、下2个循环区,桨叶附近剪切速率高,气体分散能力强。翼型桨产生的流型是轴向流,形成全釜循环,混合均匀,剪切温和。为充分利用两者优势,加强全釜混合,剪切适度,特别是在粘稠物系中,可采用组合桨。目前尚未看到对翼型-透平组合桨流动状况的研究,而对于非牛顿流体中的组合桨流动状况则了解     

Numerical simulation of three-dimensional flow field of spiral ribbon-screw impeller

应用计算流体力学数值模拟方法,研究了螺带-螺杆组合式搅拌器对高黏度非牛顿流体的搅拌流场特性。结合实例,考察了宏观流场、速度场、剪切速率和表观黏度的分布,分析了流变指数对搅拌特性的影响,并计算了不同工况下的搅拌功率。结果表明：螺带-螺杆组合搅拌器针对高黏度流体,具有良好的全局搅拌特性,在本文的模拟条件下,组合桨的Metzner常数k_s约为13.8,而流变指数变化对k_s的影响不大,为螺带-螺杆搅拌桨在高黏度非牛顿流体搅拌中的应用提供有益指导和参考。     

泛能式桨混合特性的数值模拟

运用CFD技术研究了泛能式桨在高黏假塑性流体中的搅拌混合特性。重点考查了搅拌桨的上、下叶片错开角和下叶片后掠角在不同组合下对混合过程的影响,包括搅拌流场的分布、功耗特性、泵送准数、死区分率、剪切速率和表观黏度。结果表明:功耗与错开角和后掠角成反比,这与文献报道的实验结果相同。流场分布为双循环流型,且受到错开角和后掠角的影响。错开角和后掠角存在最佳的组合方式60°-60°,使得相对功耗小,泵送准数大,死区分率小。     

锚式搅拌槽中高粘弹性流体的流速分布及其功率消耗

用照相法测定了锚式搅拌槽中高粘弹性流体的流型和流速分布,另测定了搅拌功率消耗,结果发现:1.与牛顿流体相比,在低Re数下,粘弹性流体的切向速度较大,而径向速度则较小.2.转速相同时,在高剪切率区域,粘弹性流体的剪切率大于牛顿流体.由CEF方程导出功率计算式N_pRe_af_s~(1-n)=k_pf_vf_s~2[1+F_1avf_s~(m-n-3)Wi/K_s~2]用实验数据确定f_(?)和F_(1av),得到可适用于牛顿流体、假塑性流体和粘弹性流体的普适功率计算式,计算结果与实验值比较接近.     

Energy Dissipation Rates of Newtonian and Non‐Newtonian Fluids in a Stirred Vessel

Energy dissipation rates of water and glycerol as Newtonian fluids and carboxyl methyl carbonate solution as non‐Newtonian fluid in a stirred vessel are investigated by 2D particle image velocimetry and compared. Mean velocity profiles reflect the Reynolds (Re) number similarity of two flow fields with different rheological properties, but the root mean square velocity profiles differ in rheology at the same Re‐number. Energy dissipation rates are estimated by direct calculation of fluctuating velocity gradients. The varying energy dissipation rates of Newtonian and non‐Newtonian fluids result from the difference in fluid rheology and apparent viscosity distribution which decides largely the flow pattern, circulation intensity, and rate of turbulence generation.     

Wall effects on terminal velocity of small drops in newtonian and non-newtonian fluids

This work investigated the extent of the wall effects on the free falling velocity of fluid spheres in quiescent Newtonian and pseudoplastic non-Newtonian media. The terminal velocity has been measured as a function of the physical properties of the both dispersed and continuous phases, and of falling tube diameter. It is shown that inthecreeDing flow region (Re « 1) and for the conditions when the viscosity of the dispersed phase is much smaller khan khat of khe continuous phase, the extent of wall effect is determined only by the ratio of the sizes of the settling fluid sphere and of the vessel. The same analytical relation correlates well the data for both Newtonian and non Newtonian continuous media in the range d/D < 0.45.     

Investigations of heat transfer and pressure drop between parallel channels with pseudoplastic and dilatant fluids

Central to the problem of heat exchangers design is the prediction of pressure drop and heat transfer in the noncircular exchanger duct passages such as parallel channels. Numerical solutions for laminar fully developed flow are presented for the pressure drop (friction factor times Reynolds number) and heat transfer (Nusselt numbers) with thermal boundary conditions [constant heat flux (CHF) and constant wall temperature (CWT) ] for a pseudoplastic and dilatant non‐Newtonian fluid flowing between infinite parallel channels. A shear rate parameter could be used for the prediction of the shear rate range for a specified set of operating conditions that has Newtonian behavior at low shear rates, power law behavior at high shear rates, and a transition region in between. Numerical results of the Nusselt number [constant heat flux (CHF) and constant wall temperature (CWT) ] and the product of the friction factor and Reynolds number for the Newtonian region were compared with the literature values showing agreement within 0.36% in the Newtonian region. For pseudoplastic and dilatant non‐Newtonian fluids, the modified power law model is recommended to use because the fluid properties have big discrepancies between the power law model and the actual values in low and medium range of shear rates. © 2003 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 89: 3601–3608, 2003     

聚合物溶解槽内双搅拌器流场特性的数值模拟

搅拌设备是目前海上油田实施聚合物驱油的配注系统的关键设备之一。利用计算流体力学方法对聚合物溶解过程采用翼型上推式搅拌器KCXU和锚式搅拌器MS的内外3种组合槽内流场进行了数值模拟,获得了搅拌器槽内的流场特性、循环流量及搅拌器的功率消耗。结果表明:在第1种混合状态时,KCXU搅拌器与转动的MS搅拌器组合时的流场变得更为复杂、无序。在第2,3种混合状态时,KCXU搅拌器与正转的MS搅拌器的组合形成的流场速度较大,加强了KCXU搅拌器的流动范围,并,且形成了最大的循环流量,其功率居中。     

撞击流反应器内幂律流体流动特性的数值模拟

采用数值模拟方法对撞击流反应器内幂律流体的流动特性进行研究,分析了不同喷嘴间距和入口流速下清水和不同质量分数幂律流体的径向射流扩展率、径向速度衰减率、剪切应力、表观黏度等分布规律,研究表明：幂律流体中径向射流的径向速度分布规律与清水径向射流相似。随喷嘴间距的增大,扩展率增大,径向速度衰减率减小,平均剪切应力呈先增大后减小的变化规律,其中L=3D时平均剪切应力值最大,更利于流体混合。入口流速越大,扩展率越小,径向速度衰减率越大,平均剪切应力也随之增大。幂律流体的平均剪切应力大于清水,且随质量分数的增大,其扩展率增大,为清水扩展率的1.3~3.3倍,而幂律流体的径向速度衰减率从-1.268~-1.125降低到-1.144~-1.082,逐渐小于清水。幂律流体径向射流区域的剪切应力呈“M”形分布,表观黏度则呈“W”形分布,流体的流变性质对撞击流反应器内流体的流动规律影响显著。     

Predictions of pressure drop for modified power law fluids in conduits of three different cross-sectional shapes

Numerical solutions are presented for fully developed laminar flow for a modified power law fluid (MPL) in conduits of arbitrary cross sections. The solutions are applicable to pseudoplastic fluids over a wide shear rate range from Newtonian behavior at low shear rates, through a transition region, to power law behavior at higher shear rates.The analysis identified a dimensionless shear rate parameter which, for a given set of operating conditions, specifies where in the shear rate range a particular system is operating, i.e. in the Newtonian, transition, or power law regions.The numerical results of the friction factor times Reynolds number for the Newtonian and power law region are compared with previously published results showing agreement within 0.05% in the Newtonian region, and 0.9% and 5.1% in the power law region.