搅拌强度对白炭黑结构的影响

研究了搅拌强度对稻壳制备优质白炭黑结构的影响，实验采用两步反应器分别探讨了搅拌浆结构和一、二步反应器搅拌浆的不同转速对白炭黑吸油值和表观密度的影响，结果表明，搅拌强度是影响白炭黑质量的主要因素之一，当采用片状搅拌浆结构时，一步、二步反应器的适宜搅拌速度分别为500r/min和250r/min。     

搅拌槽中酯化反应热失控的CFD模拟

热失控是化工过程中常见的安全风险之一。在间歇釜式反应器中,桨叶的机械转动可以增强流体的循环流动、湍流强度、混合程度以及传热,进而有效防范热失控。防控效果与反应器结构和搅拌桨型密切相关。针对丙酸异丙酯酯化反应,采用计算流体力学模拟研究了桨型(Rushton桨、30o PBT桨及60o PBT桨)、转动方向和挡板对釜式反应器内温度演化的影响,从流动结构方面分析了原因。基于散度的失控判据比较了三种搅拌桨抑制热失控的能力,抑制能力为Rushton桨＞30° PBTD桨＞60° PBTD桨。本研究可为搅拌反应器热失控的优化设计提供一定的理论依据。     

基于FLUENT软件的管式搅拌反应器流场的数值模拟

运用商业计算流体力学(CFD)软件FLUENT对一种新型管式搅拌反应器进行流场模拟,用GAMBIT建立流场实体模型,采用标准k-ε湍流模型以及多重参考系法(MRF)处理搅拌桨区.结果表明,计算所选模型能较准确地预测搅拌反应器的速度场、压力场及湍流动能分布,考察流量为1 m3/h时不同搅拌转速对反应器内部混合的影响,此时对应的最佳搅拌转速为50 rpm左右.模拟结果将为实验研究提供适当的操作参数,对搅拌反应器的优化和放大具有一定参考价值.     

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。     

异型挡板絮凝反应器流场特性的分析研究

利用LDA对异型挡板(正弦挡板)和普通挡板絮凝反应器内的流场进行了测量,搅拌装置采用斜叶式搅拌桨(PBT搅拌桨),测试液采用甘油与去离子水的混合液。通过实验,获得了搅拌轴转速在600r/min时反应器内的时均速度场、脉动速度场和湍流强度场,通过对比分析可知异型挡板絮凝反应器流场内平均速度产生了渐变的速度梯度和更大的均方根脉动速度,均化了湍动能的分布,解决了传统机械搅拌式絮凝器存在的混合区域不均匀性问题,理论上提高了颗粒的碰撞几率。而挡板本身的结构特点,解决了流场内的“死区”问题,对反应器絮凝效果起到了强化作用。     

基于正交法及Kriging模型的生物反应器搅拌桨优化设计

针对搅拌桨标准中设计参数区间大，生物反应器搅拌桨设计时参数难以确定、剪切力及搅拌功率缺少参考依据的问题。基于正交法及CFD对200 L生物反应器搅拌桨进行优化，由极差分析得到三斜叶桨不同搅拌桨直径、桨叶宽度、搅拌桨中心离底距离和转速对桨叶剪切速率和搅拌功率的影响规律，并结合流场分析选择有利于细胞培养的设计方案。根据正交优化方案确定多目标优化变量区间，以剪切力和搅拌功率为优化目标，基于Kriging模型和多目标遗传算法提出了有利于细胞培养的三斜叶桨设计变量区间，并优化得到桨叶平均剪切力为0.789 Pa、搅拌功率为0.395 W的搅拌桨最优参数组合，为生物反应器不同实际需求下的设计、优化提供了方法及数据参考。     

刚-柔组合搅拌桨强化流体混沌混合

合理设计搅拌反应器的桨叶,强化流体流动与混合行为,是实现流体高效、节能混合的重要手段。柔性体与刚性体组合,可设计出具有多体运动行为的刚-柔组合搅拌桨。结合PIV流场观测和CFD模拟,对比分析了刚性桨和刚-柔组合桨对流场结构及流体混沌混合行为的影响。结果表明,与刚性搅拌桨相比,刚-柔组合桨的柔性端强化能量传递,流体流速衰减速率降低25%,有利于搅拌桨输入能量在流场结构内的有效分配。传统刚性六凹叶和六直叶涡轮桨搅拌反应器内流体形成的流线结构具有明显的周期吸引子,其时均流场的分形维数分别为1.9046和1.9138。刚-柔组合六直叶涡轮桨搅拌反应器内流体流线呈明显的准周期性吸引子性质,其流场分形维数为1.9337,而刚-柔组合六凹叶涡轮桨搅拌反应器内流体流线具有典型的混沌吸引子性质,其流场分形维数为1.9545。刚-柔组合搅拌桨可改变流体流线的吸引子来调控流场的多尺度结构,强化流体混沌混合,实现高效节能操作。     

刚-柔组合搅拌桨强化流体混沌混合

合理设计搅拌反应器的桨叶,强化流体流动与混合行为,是实现流体高效、节能混合的重要手段。柔性体与刚性体组合,可设计出具有多体运动行为的刚-柔组合搅拌桨。结合PIV流场观测和CFD模拟,对比分析了刚性桨和刚-柔组合桨对流场结构及流体混沌混合行为的影响。结果表明,与刚性搅拌桨相比,刚-柔组合桨的柔性端强化能量传递,流体流速衰减速率降低25%,有利于搅拌桨输入能量在流场结构内的有效分配。传统刚性六凹叶和六直叶涡轮桨搅拌反应器内流体形成的流线结构具有明显的周期吸引子,其时均流场的分形维数分别为1.9046和1.9138。刚-柔组合六直叶涡轮桨搅拌反应器内流体流线呈明显的准周期性吸引子性质,其流场分形维数为1.9337,而刚-柔组合六凹叶涡轮桨搅拌反应器内流体流线具有典型的混沌吸引子性质,其流场分形维数为1.9545。刚-柔组合搅拌桨可改变流体流线的吸引子来调控流场的多尺度结构,强化流体混沌混合,实现高效节能操作。     

桨型和导流筒型式对气液两相体系气含率的影响

在高径比为1.5、双层组合搅拌桨的气液搅拌反应器中,研究了桨型组合及导流筒结构对气含率的影响.研究发现,下桨排出流向上的气含率比排出流向下时的高;反应器中双层导流筒结构时的气含率结果最优,上层导流筒的开孔率应为6.90%或16.4%,上层搅拌桨应为透平桨.并对最优组合情况的气含率进行了关联.     

不同搅拌系统气液氧传递的计算流体力学模拟

研究了搅拌槽中搅拌桨组合形式对气液氧传递特性的影响,主要采用Garcia-Ochoa和Gomez基于Higbie渗透理论提出的气液氧传递理论模型,在ANSYS CFX11.0软件基础上开发了用于模拟搅拌生物反应器中氧传递过程的方法。通过模拟比较了不同搅拌桨组合的气液氧传递系数,以及在有氧消耗和无氧消耗情况下反应器内饱和氧浓度的分布,发现上层为轴流式的三宽叶搅拌桨底层为径流式的六弯叶圆盘透平桨的组合形式氧供应能力最强,体积氧传递系数与桨的形式没有直接关系,同样的搅拌桨安装在不同的桨组合中或在不同的操作条件下所形成的体积氧传递系数是有差别的。     

应用三维PDA研究多层桨在搅拌过渡区的流场

在直径为0.5ｍ的搅拌釜内,应用三维激光颗粒动态分析仪（简称PDA）测定了多层搅拌桨在搅拌过渡流区的三维流场．研究了不同的桨叶安放角、桨径、桨层间距、雷诺数及不同桨型对流场的影响规律,为在过渡流区操作的多层搅拌反应器的优化设计提供参考．     

搅拌釜内液固悬液体系的浓度分布

在１２０°锥底、内径为φ７００ｍｍ、φ２５０ｍｍ的有机玻璃釜中，采用直接取样称重法研究了液固系搅拌釜内桨的结构、桨的位置及转速、固含量、物系性质等因素对釜内固相浓度分布的影响，同时用两区沉降扩散模型对实验数据进行分析，得到了固相悬浮质量与操作条件的关系，并提出了均匀悬浮的判据，为放大设计搅拌反应器提供了可行的理论依据。     

湿法提钒浸出段搅拌反应器结构的优化

清洁提钒工艺中,熟料的湿法浸出是重要的操作单元.浸出搅拌反应器的合理设计与优化,可缩短浸矿时间以及提高浸矿效率.本文通过改变搅拌桨桨叶间的层间距、搅拌桨的安装层数以及安装导流筒等方法,对攀钢集团公司的浸出搅拌反应器进行优化和改进;并结合计算流体动力学(CFD)Fluent商业软件,分别模拟了原浸出搅拌反应器和改进后浸出搅拌反应器的宏观流场结构.结果表明:在层间距C₂为1100mm的原双层搅拌桨浸出搅拌反应器内,流体轴向速度较小,“死区”现象较严重;与原反应器相比,调整双层搅拌桨桨叶之间的层间距C₂为1800mm以及安装3层搅拌桨或导流筒,都可加强反应器内流体的轴向流动,减小“死区”范围,进而改善流场结构的均匀分布,有助于强化流体混合.     

半弧面斜叶桨的流体力学性能与氧传质特性

氧传质系数是气液搅拌反应器设计的关键参数,研究新型搅拌桨的氧传质性能对气液两相搅拌反应器的强化有着重要的意义。本文实验研究了气体分布器、搅拌转速、气量对氧传质系数、搅拌功耗及气含率的影响,结果表明,氧传质系数随搅拌转速和气量的增加而增加;并建立了氧传质系数与搅拌功耗和表观气速的经验公式,为进一步放大应用提供了基础。采用欧拉-欧拉多相流模型及群体平衡模型对半弧面新型斜叶桨进行了计算流体力学（CFD）数值模拟研究,模拟研究了不同结构、搅拌转速、气量下的流体力学性能和氧传质系数,模拟计算结果与实验值的相对偏差在20%以内;这为研究这一半弧面新型斜叶桨提供了一种可靠的数值模拟方法;优化了半弧面新型斜叶桨的结构,提高了搅拌釜的氧传质效率。     

具有双层桨结构的自吸式搅拌反应器的流体力学性能

在直径0.48 m的搅拌槽中以水?空气为介质,对具有双层桨结构的自吸式反应器的流体力学性能进行了实验研究,考察了自吸式桨浸没深度、底层桨结构和搅拌桨层间距对自吸式桨的临界吸气转速、吸气速率和气含率的影响。结果表明,临界吸气转速随自吸式桨浸没深度增加而增加,临界吸气转速几乎与下层桨的结构无关;吸气速率与气含率随浸没深度增加而减小,吸气速率与气含率受下层桨影响较大,层间距为自吸式桨直径(D)且采用上推式的四叶宽叶翼形轴流式桨作下层桨时,自吸式桨的吸气性能最佳。     

搅拌反应器内相际传质行为 2.反应器结构特性研究

系统地研究了搅拌反应器中挡板、搅拌桨型、通气管分布器及位置等结构因素对氧气－水体系功率准数Ｋ和容积传质系数ＫＬａ的影响规律。实验结果表明：在搅拌过程中挡板的作用在于提高湍动,改善两相混合状态;相对于其它的三种桨型,六叶盘式透平平桨能够形成较高的液相湍流和气液接触界面;通气管分布器的适宜直径为桨径的０．５～１倍,适宜位置应在桨叶下方。     

生物搅拌反应器内混合情况的CFD模拟及在发酵中的应用

用计算流体力学(CFD)方法模拟了50 L生物反应器中不同的,搅拌桨组合对搅拌流场、混合时间的影响,并从流体力学角度对生物反应器搅拌桨组合进行了优化.将模拟优化结果用于重组大肠杆菌发酵过程,结果表明,优化后的搅拌桨组合可以改善发酵罐内部的流场和气体分布,能够明显降低获得相同溶氧所需的转速和最大通气量,而菌体生物量和产酶水平也略有提高.     

搅拌对桉木浆与甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝共聚的影响

采用铈盐和Fe2+-H2O2-二氧化硫脲两种引发体系引发甲基丙烯酸缩水甘油酯与漂白化学桉木浆接枝共聚,研究了搅拌对接枝共聚的影响。搅拌作用的强弱是由搅拌转速、反应器容积和搅拌桨大小共同决定的,三者都对接枝共聚有很大影响,三者有机组合后获得合适的搅拌强度对接枝共聚是极为重要的。除了铈盐引发接枝时环氧基水解率受搅拌转速的影响较大外,两种引发体系下搅拌对接枝的影响规律非常相似。     

基于分形桨的湍流耗散强度特征研究

针对搅拌过程中湍能耗散造成的能量损失问题，提出了一类新型分形几何涡轮桨，并基于计算流体动力学，对系列分形桨进行湍能耗散强度分布数值模拟实验。通过分析分形桨的湍能耗散分布强度规律，探究了分形维数及迭代次数对搅拌设备各部分湍能耗散以及搅拌功率的影响。结果表明：流场湍能耗散强度分布特征为横向呈风轮状，纵向呈扇状；相对于无迭代桨，分形迭代桨湍流耗散强度降低；分形维数增加会降低各处的湍能耗散强度。迭代次数增加会降低流场中湍能耗散，但会增大搅拌桨上的耗散强度；分形迭代桨会降低搅拌功率，并随着分形维数增大而效果加强。研究结果为高速离心搅拌桨设计提供新的设计思路。     

小型生物反应器中桨型的数值分析及比较

小型生物反应器是实验室常用的反应设备,不同倾斜角度的涡轮直叶搅拌桨对反应器的性能有重要影响。采用CFD数值分析方法中k-ε湍流模型,对不同倾斜角度条件下涡轮直叶搅拌桨的小型生物反应器的流场流型进行模拟分析,对比结果表明：在速度云图的分析上搅拌桨倾斜夹角小于70°的桨叶对液体的带动效果较好,在剪切速率分析结果中,搅拌桨倾斜夹角(α)绝对值在50°～70°时,剪切速率偏高。并通过物质传递和湍流动能分析比较出下吸式安装比上排式安装的桨叶搅拌效果好,倾斜夹角为-45°时搅拌效果最佳。