杨锋苓[1]2010年在《偏心搅拌槽内宏观不稳定性的分离涡模拟及实验研究》文中认为搅拌是过程工业中常见的单元操作之一,在化工、食品、生物、制药等行业中的应用非常广泛。搅拌涉及到物料的混合、传热、传质、化学反应等操作,对槽内流场的研究是分析这些过程的基础。搅拌槽内流体的流动是一个高度复杂的、非稳态的过程,存在一种大尺度、低频率的流型变化现象,即宏观不稳定性,该现象对搅拌槽内的混合、传热、传质等过程有重要的影响,引起人们的高度重视。本文采用数值模拟和实验测试相结合的方法对偏心搅拌槽内的宏观不稳定性频率进行了研究,分析了宏观不稳定性对偏心搅拌槽内混合过程的影响。基于分离涡模型建立了搅拌数值模拟方法,对搅拌槽内的叁维流场和混合过程进行了数值研究。分析了搅拌槽内流体的速度和湍动能分布以及功率消耗情况,并将分离涡模拟结果与LDV实验结果、大涡模拟结果和雷诺应力模拟结果进行了对比。结果证明分离涡模拟与实验结果吻合较好,能准确捕捉搅拌槽内流体的时均特征和非稳态流动特征,对湍动能及功率消耗的模拟结果也很好,具有和大涡模型相近的模拟精度,且计算量小,约为大涡模型计算量的80%。混合过程的模拟结果表明,分离涡模型对混合时间模拟精度远高于雷诺时均法,与实验值吻合较好,说明该模型也适用于搅拌槽内混合过程的模拟。利用基于分离涡模型的搅拌数值模拟方法对中心搅拌槽内的宏观不稳定性进行了研究,分析了层流、过渡流和湍流叁种不同流动状态下的宏观不稳定性频率,并与大涡模拟及LDV实验结果进行了对比,结果吻合较好。研究发现,不同流动状态下的宏观不稳定性频率不一样,层流和湍流状态下各存在一个单一频率值,而过渡流时存在两个频率值,分别与层流和湍流时的宏观不稳定性频率值相接近。相比之下,层流状态下的宏观不稳定性频率比湍流状态时大,表明层流状态下中心搅拌槽内的宏观不稳定现象比湍流状态时明显。分离涡模拟结果与文献结果吻合较好,说明可以采用分离涡模型研究搅拌槽内的宏观不稳定性。建立了偏心搅拌的分离涡数值模拟方法,对偏心搅拌槽内的宏观不稳定性进行了数值模拟和PIV实验测量,对不同工况时的宏观不稳定性进行了可视化实验和频谱分析。结果发现,PIV实验结果与分离涡模拟结果吻合较好,都表明偏心搅拌时的宏观不稳定性频率主要在0.1～0.2 Hz范围内,约比中心搅拌时的宏观不稳定性频率高一个数量级,说明偏心搅拌时的宏观不稳定现象比中心搅拌时明显。对不同偏心率、雷诺数和桨径比时偏心搅拌槽内宏观不稳定性频率的研究发现,偏心搅拌时的宏观不稳定性频率随偏心率的增大而减小,高转速时偏心搅拌槽内的宏观不稳定性频率大,此外,桨径比对偏心搅拌槽内的宏观不稳定频率也有很大的影响,频率值随桨径比的增大而增大。采用雷诺时均法和基于分离涡模型建立的偏心搅拌数值模拟方法研究了偏心搅拌槽内的混合过程,对涡内和涡外两种加料位置时的混合时间做了对比,并与实验结果进行了比较。研究表明,分离涡模拟结果与实验结果吻合较好,与大涡模拟的精度相当,而雷诺时均结果与实验结果之间的偏差则高达60%。对涡内和涡外两种加料位置时混合时间的对比表明,宏观不稳定性对偏心搅拌槽内的混合过程有很大的影响,涡内加料时能缩短混合时间约12%～16%,这说明充分利用宏观不稳定性可以加快搅拌槽内的混合过程,提高混合效率。
赵彬[2]2008年在《饲料混合机研究与开发》文中认为混合机是饲料加工中的最关键设备之一,目前对混合机虽然已有一定实验与理论研究,但是仍然存在两个问题:一是对卧式混合机的研究较少:二是对混合机的结构设计与参数选取多依赖于经验,使得研发的产品性能往往达不到用户要求。因此,利用商用CFD软件FLUENT对SJHS2型双层高效混合机内的叁维流场和混合特性进行了数值研究,获得了混合机内流动与混合过程的详细信息和运动规律,从而为卧式混合机在饲料工业中的选取与设计提供了可靠的依据。湍流模型采用标准κ-ε模型,压力-速度耦合采用SIMPLEC算法,对转子的处理采用多重参考系法(MRF),混合过程将速度场与浓度场分开进行求解。主要解决了以下问题:(1)利用叁维软件SolidWorks和FLUENT前处理软件GAMBIT建立了与实际流场几何形状和边界条件基本相符的CFD模型。计算结果表明,该模型符合混合机内流动与混合模拟的条件要求。(2)采用稳态计算方法对混合机内的叁维流场进行数值模拟,分析了流场的宏观速度场、叁维速度以及湍流动能分布,从整体上掌握了混合机内流场的运动状况。(3)采用非稳态计算方法对混合机内的混合过程进行数值模拟,研究了不同的示踪剂加料点与监测点位置对混合效果的影响规律。模拟结果表明,混合过程主要是由混合机内的流体流动所控制,混合时间与示踪剂加料点与监测点位置密切相关。(4)对不同桨叶安装角度、转子工作间隙以及转子转速条件下的混合特性进行了模拟研究。分析结果表明,30°时的混合效果最好;转子工作间隙是影响混合机内残留量的主要因素;转速升高,混合时间缩短,混合时间与功率消耗在双对数坐标系下呈线性关系。
张国娟[3]2004年在《搅拌槽内混合过程的数值模拟》文中指出搅拌槽反应器广泛应用于许多工业过程，混合时间是搅拌反应器设计的重要参数。国内外采用计算流体力学（CFD）对混合时间进行理论研究的文献相对较少。本文应用CFD软件FLUENT，选用多重参考系法（MRF）及标准k－ε模型，采用将速度场与浓度场方程分开进行求解方法，在直径为Φ0.476m的搅拌槽内，采用标准六直叶涡轮和CBY轴流式翼形桨，分别对两种桨型的单层和双层桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟。对于单层桨体系，不论是六叶直涡轮还是CBY翼形桨，混合时间的模拟值与实验结果吻合良好；对于双层桨体系，双层CBY桨混合时间的模拟值与实验结果相吻合，而双层六直叶涡轮桨混合时间的模拟值要比实验结果长约一倍。此外，本文还采用数值模拟的方法研究了不同的示踪剂加料点、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，混合时间与示踪剂加料点及监测点位置密切相关。
车圆圆[4]2012年在《易失控反应过程的调控及强化研究》文中指出典型含能化合物的合成往往涉及易失控反应过程,反应过程的温度变化较剧烈,温度场、速度场、浓度场之间的耦合效应大,若工艺条件控制不当,容易产生大量副产物,并可能导致反应失控、飞温爆炸。论文对含能化合物合成中广泛应用的釜式和管式反应过程进行了研究,开发了一种适合于易失控反应过程的搅拌桨,设计了新型釜式反应器和管式反应器,并对其进行了模拟和优化,较好地实现了易失控反应过程的安全调控。主要研究内容如下：1.在易失控半间歇反应过程中实际搅拌器的安装高度往往较低,流体对桨叶背部的冲击较大,且为了搅拌混合均匀,一般都设置较高的转速,耗能较大。通过研究在强放热条件下九种不同类型、尺寸的搅拌桨转速不同时对反应釜内传热过程的影响,选择了传热效果优良的搅拌桨,并在此基础上设计了适用于易失控反应过程的新型搅拌器(CBY-H)。新型搅拌器通过在桨叶片上开设的梯形孔槽减少了流体对搅拌桨叶面背部的冲击力,减小搅拌器的振动,加强轴向循环和流动,且可以让反应生成的气体顺利的传输与逸出。此外,所述的翼型搅拌器的搅拌功率小于一般的翼型桨,能耗低。2.由于搅拌器的复杂性和多样性,基于计算流体力学(CFD)的预测技术在搅拌器的设计中得到了广泛的应用。深入了解不同搅拌器搅拌釜内流场的分布、搅拌功率和传热系数的大小对含能化合物合成过程中使用的搅拌设备的优化设计具有重要的意义。本文采用数值模拟的方法对CBY-H桨无挡板搅拌釜内流场的速度分布和搅拌功率进行了详细的研究。通过将研究结果与标准的CBY桨流动性能进行比较,对CBY-H桨的流场特性和能耗进行了评定。同时,测定了CBY和CBY-H桨的传热系数,获得了釜内流体对流传热系数的关联式,为搅拌器的优化设计和工业放大提供一定的指导。3.许多含能化合物的合成过程涉及硫酸铵+硝酸铵+水等叁元电解质体系。本文在T=(278.15～333.15)K下,较大浓度范围内测定了硫酸铵+水、硝酸铵+水和硫酸铵+硝酸铵+水体系的导热系数和密度数据,并获得相应体系的密度和导热系数的关联方程,用于易失控反应过程的优化设计。4.在含能化合物生产过程中,很多化学反应是在搅拌反应釜中进行的强放热反应,当反应热不能有效移出时,便会导致反应热的蓄积,温度进一步升高,使反应釜局部过热,出现“热点”、飞温失稳现象,进而引起反应失控,甚至是热爆炸,严重影响财产和生命安全。因此,本文针对某易失控釜式缩合过程展开了研究,确定了快速传递热量的反应釜的结构,设计了一种新型缩合反应釜,建立了某易失控釜式缩合过程的数学模型,模拟了含能中间体合成过程中缩合反应的失控、飞温情况,提出了相应的技术预防与应急措施,优化了缩合反应过程的工艺条件,获得了操作安全、收率较高的含能化合物的生产工艺。在中试装置上进行了稳定批实验,数值模拟结果与实际工艺优化的结果相符,可用于对含能中间体的工业生产进行指导和预测。5.由含能中间体制备某含能化合物的合成过程包括混合、硝解和热解等阶段,硝解反应机理复杂,副反应多,是该过程的控制步骤,硝解反应工艺的优化对含能化合物收率和选择性的提高具有重要的意义。本文针对某易失控管式硝解过程展开了研究,建立了含能中间体硝解过程管式反应器的流动-扩散-反应模型,利用脉冲进样模拟了螺旋管式反应器的流动特性,通过停留时间分布计算了实际硝解反应的轴流扩散系数、Peclect数以及Dα数,模拟了经管式反应合成含能目标产物的收率,在中试装置上进行了稳定批实验,数值模拟结果与实验结果吻合很好,可用于指导和预测含能化合物的工业生产。同时,基于上述研究设计了一种新型的适用于反应中生成气体的内置弹簧管式反应器,它具有比普通管式反应器更优良的传热性能,且能有效防止气液两相段塞流的形成,具有良好的反应效果。
赵洪亮[5]2014年在《新型机械搅拌槽中多相流动的物理与数值模拟》文中研究指明铝酸钠溶液的晶种分解是拜耳法生产氧化铝的关键工序之一,它不仅影响产品氧化铝的数量和质量,而且直接影响循环效率及其他工序。深入了解种分槽内液固多相体系的流体流动状态、液固混合、颗粒悬浮规律以及能耗情况等,对改进种分槽内部结构、解决槽底沉积问题、提高氧化铝产量与质量,以及促进氧化铝工业技术进步都具有重要的理论和实际意义。工业上一种新型改进Intermig搅拌桨被广泛应用于直径14米、高30米大型平底机械搅拌品种分解槽中。本文以改进Intermig桨种分槽为原型,通过水模型实验、数值模拟和因次分析方法对高固含液-固搅拌体系展开了深入系统的研究,并在实验研究的基础上寻求了设备性能的放大规律,对现有工艺中存在的不足做了优化,改进后分解槽的搅拌性能大大提升。通过对高固含液-固搅拌槽的水模型实验发现,较低的桨叶离底距离(C/T=0.024)有利于促进颗粒的悬浮与均匀分布,桨叶离底距离过大,无法形成大范围的二次环流,使混合效果下降,同时桨叶离底距离对搅拌功率影响较小；新型改进Intermig桨适合在较大的D/T下应用,桨径增加的同时,可以大大降低使颗粒均匀分布所需要的搅拌转速,抵消了因扩大桨径增加的功耗,更适合应用于实际生产,本研究中得到最佳D/T比为0.715；对模型进行叁级放大后,相同条件下颗粒的悬浮与分布均得到较大改善。并且得到颗粒的均匀度主要与弗鲁德准数有关,新型改进Intremig桨具有较小的功率准数,介于0.3～0.4之间；对于双层桨搅拌体系下,最佳的桨叶层间距应介于L/D=1-1.5,这样既可以保证整个槽内都得到充分的混合,又可以避免桨叶之间距离过大,导致二次循环流脱节。在相同条件下,底层改进桨功率消耗约为上层原始桨的1.4倍。采用欧拉多相流模型耦合标准k-e湍流模型,非稳态滑移网格方法对液-固搅拌槽内液固混合、颗粒悬浮以及能耗等进行了叁维数值模拟。确定了满足时间和空间独立性的网格条件与时间步长；对不同桨叶离底距离、桨径和搅拌转速下的搅拌效果作了数值模拟,通过与同条件下实验结果进行对比,二者吻合较好,验证了模拟方法的可靠性；增大液相粘度和固含有利于促进流体的轴向混合,但功耗也会随之增加,且固含过大会导致槽底颗粒沉积；与标准Intermig桨相比,改进Intermig桨在促进固体均匀混合、悬浮的同时功耗节省了20%；主桨叶叶片对功率消耗影响相对较小,最佳叶片倾斜角度为45度,辅桨叶叶片对功率影响较大,最佳叶片倾斜角度为30度。通过对底部均匀度的因次分析发现底部均匀度主要受弗鲁德准数影响,且放大前后槽底部均匀度满足Q=0.57 Fr-0.34,计算结果与实验结果误差在5%以内；通过对功率的因次分析发现功率准数主要受搅拌雷诺数影响,且放大前后搅拌功率满足P=505n2.81 D4.62,计算结果与实验结果误差在8%以内；通过对临界悬浮转速的计算发现放大前后搅拌桨临界悬浮转速与缩放系数关系遵循Njs=Nj50η0.868,根据此公式计算得到的临界悬浮转速误差不超过5%。采用欧拉多相流模型耦合标准k-ε湍流模型,稳态多重参考系方法对大型机械搅拌种分槽现有工艺以及改进工艺进行叁维数值模拟,研究发现与法国ROBIN公司设计的多层桨式搅拌槽相比,德国EKATO公司设计生产的Intremig桨种分槽在促进液固均匀分布、颗粒悬浮的同时能耗也大大减小,具有更好的工业应用与改进价值；对EK ATO种分槽底层桨叶和挡板进一步改进之后,整个槽内的流体混合和交换明显增强。尽管功耗会有所上升,但槽内整体固含差可以满足设备的设计要求,小于3%。改进Intermig桨种分槽的现有工艺处于过搅拌状态,通过增大桨叶层间距、减小搅拌桨数量可以促进搅拌区域内颗粒的均匀混合；采用3层桨,层间距L/D=1.25时,在满足工业生产要求的同时搅拌功率消耗最小,比现有工艺节能超过20%。
栾德玉[6]2012年在《错位桨搅拌假塑性流体流动与混合特性研究》文中研究指明许多过程工业都会涉及到高粘非牛顿流体的搅拌混合,这是搅拌技术的难点之一。具有一定初始屈服应力的假塑性流体是一种最常见的非牛顿流体,呈现出剪切稀化的流动特性,在层流搅拌时会产生洞穴效应,洞穴内部流体混合较好,而外部的流体则处于停滞或缓慢流动状态,这对流体混匀极为不利。另外,当流体粘度较大或者对剪切力敏感时,搅拌只能处于层流或较低雷诺数的过渡流状态,此时在叶片的上下方附近会形成环形的混合隔离区,隔离区内部介质只能依靠分子的扩散运动与外部实现传质过程,混合效果很不理想。为此,本文通过数值模拟方法,采用错位六弯叶涡轮搅拌器,对假塑性流体的宏观流场特征、洞穴变化规律以及混沌混合特性展开研究,为高效搅拌装置开发打下理论基础。通过流变仪测试了黄原胶水溶液(一种典型的假塑性流体)的流变学参数,分析了流体表观粘度与切应变速率的关系,探讨了质量浓度和温度等因素对流变参数的影响规律。黄原胶水溶液的表观粘度随切应变速率的增大而减小,表现出良好的剪切稀化性,表观粘度与切应变速率的关系符合Herschel-BuIkIey流变模型,流变指数随流体浓度升高呈下降趋势,受温度的影响较小,实验测试得到的流变参数为后续的模拟研究提供了依据。选用甘油进行了层流搅拌功率实验,用纯净水进行了PIV湍流实验,实验数据与相应的数值模拟结果均吻合较好,因此可以用CFD方法来预测流体的流动及混合特性,从而验证了本文所建立的层流和κ-ε湍流模型计算结果的可靠性。基于层流粘性模型,对错位桨和六弯叶桨在假塑性流体搅拌过程中的洞穴变化规律进行了研究,给出了较为适宜的洞穴边界速度的确定方法,分析了洞穴形状、直径以及高径比随表观雷诺数Re*的变化规律,描述了洞穴的发展过程。研究表明,洞穴形状随Re*的增大均呈现圆柱形的变化规律,符合洞穴圆柱形模型(EN模型)的描述；在双对数坐标中,Dc/D-NpRey的变化规律以及洞穴高径比的变化与假塑性流体流变指数无关。然而,洞穴高度的轴向扩展系数β明显不同,六弯叶桨β=0.55,错位桨β=0.79,错位桨搅拌更有利于消除流场洞穴效应。对错位桨和六弯叶桨在牛顿流体和假塑性流体中的搅拌功耗及搅拌槽内的压力分布进行了数值模拟研究,探讨了错位桨搅拌效果改善的机理,建立起错位桨功率常数K。和Metzner-Otto数Ks与搅拌桨几何尺寸的关联式。在层流区域内,由表观粘度法得到假塑性流体的功率曲线和牛顿流体的功率曲线是重合的,牛顿流体的临界雷诺数为10,假塑性流体为30；错位桨Metzner-Otto数Ks与流变指数n基本无关,随转速的升高,错位桨节能效果逐渐显现；在Coriolis力的作用下,错位桨搅拌槽内流体可形成较为强烈的旋流运动,这对搅拌效果的改善是极为有利的；利用K。和ks的关联式,可以较为准确地预测错位桨搅拌假塑性流体的功率消耗和槽内平均剪切特性。采用k-ε湍流模型,对错位桨、六弯叶桨及双层桨组合形式在假塑性流体搅拌中的流场特性和混合过程进行了对比研究,阐述了错位桨诱发混沌流动的特性,探讨了错位桨搅拌转速对流场的切应变速率、排出流率以及泵送效率的影响,分析了组合桨层间距对搅拌流场结构的影响,确定了在不同搅拌转速下较为适宜的层间距。研究表明,桨叶错位能够产生不对称流场结构,有效消除混合隔离区,诱发流体的整体混沌流。混合过程与流场结构密切相关,错位桨在混合速率和混合效率方面均高于六弯叶桨,其中错位桨的单位体积混合能只有六弯叶桨的52%,体现出它的优越性。底部为错位六弯叶桨、上层采用45°斜叶桨的组合形式,用于假塑性流体搅拌混合过程具有明显优势,并将该组合形式应用于中型FCC催化剂成胶搅拌过程,催化剂颗粒的耐磨性得到了较大提高,颗粒磨损指数由2.6提高到了1.9,产品质量得以提高,证明该组合形式可以满足催化剂成胶搅拌的需求,值得推广应用。
杨锋苓[7]2007年在《摆动式搅拌流场与混合过程的数值模拟》文中研究表明搅拌设备广泛应用于工业混合过程中,其混合效率的高低在很大程度上取决于设备内部的水力学性能和混合特征,而这又与设备的结构配置密切相关。几十年来,随着计算机性能的不断提高和计算流体动力学(CFD)技术的发展,人们采用实验研究和数值模拟相结合的手段,在搅拌设备内部流场的研究方面做了大量工作,发现多数情况下设备内的流场都是充分发展的湍流,并取得了其他许多有益的成果。然而,目前的研究工作主要集中于传统的转动搅拌,在桨叶的传动方式方面并没有创新。本文尝试着对传统的回转传动方式进行改进,用摆动代替转动,对摆动式搅拌的混合性能进行研究。本文利用GAMBIT建立了摆动式搅拌槽的几何模型,划分了叁种不同密度的网格,使用动网格技术指定网格的运动规律,利用FLUENT的UDF功能,选用标准k-ε模型对槽内的流动和混合过程进行了模拟。模拟时采取对速度场和浓度场分开求解的策略,得到了槽内的整体流场结构和轴向、径向、切向速度分布规律以及不同加料位置和监测点处的混合时间和单位体积功的数据,给出了摆动式搅拌的混合效率数,并与六直叶圆盘涡轮桨和叁窄叶翼形搅拌桨的混合效率数进行了对比,从而对摆动式搅拌的混合效率进行了评定。在数值模拟的基础上对摆动式搅拌的流场和混合过程进行了详细的分析,结果表明:摆动式搅拌属于典型的径流式搅拌,平行于搅拌桨摆动方向的搅拌轴两侧的流场是近似沿搅拌轴对称分布的,槽内最大速度出现在桨叶上方与自由液面之间,从槽底往上速度逐渐增大,在桨叶下方至槽底之间的区域内存在“混合死区”;搅拌槽内的流场处于充分发展的湍流状态,靠近搅拌槽壁的区域内流体的速度比搅拌轴附近流体的速度要大;槽内的流动以切向流和径向流为主,具体而言,桨叶上方的流动以切向剪切流为主,桨叶下方区域的流动以径向流为主;混合效率视加料位置而定,自由液面处加料时要比圆盘涡轮桨的混合效率高,桨叶下方加料时混合效率却要低,与翼形搅拌桨相比,两种加料位置时的混合效率都要低。
拜亮[8]2011年在《层流搅拌槽混合时间的数值模拟与实验研究》文中进行了进一步梳理搅拌设备在化学制药、生物工程、食品加工以及废水处理等领域中有着十分广泛的应用。当介质的粘度很大或者介质有比较特殊的要求时,高转速的搅拌会产生一系列的问题,只有低雷诺数的层流搅拌才可以满足要求。本文对层流搅拌槽的流动特性和混合特性进行数值模拟,并运用变色法在实验室内进行了相关实验。用FLUENT软件对双层直叶桨搅拌槽的搅拌过程进行了数值模拟。得到了双层直叶桨搅拌槽的的流场特性,同时对影响混合时间的因素如加料点位置、监测点位置和搅拌转速进行了详细的论述。位于桨叶区的加料点2加料时效果较好,而把示踪剂分为两部分分别加料时效果会更好;不同的监测点对混合时间的影响很大;搅拌转速对混合时间也有很大的影响。通过对组合桨搅拌槽的搅拌过程的数值模拟,探讨了直桨叶和斜桨叶的不同特点,比较了两者的混合特性。在轴向混合上斜桨叶效果更好,而在径向混合上则是直桨叶更优。偏心桨改变了搅拌槽内的流场,形成了一种大范围的全局性的流动,这种流动对槽内流体的混合是十分有益的。本文比较了偏心桨和普通的中心布置桨的混合特性,发现偏心桨使搅拌槽的混合时间大幅度减小,搅拌槽的工作状况得到了很好的改善。运用变色法进行了混合时间的实验,并且和数值模拟进行了比较。
张伟山[9]2009年在《机械搅拌槽混合过程的数值研究》文中提出搅拌设备广泛应用于工业混合过程中,其混合效率的高低在很大程度上取决于设备内部的水力学性能和混合特征,而这又与设备的结构配置密切相关。几十年来,随着计算机性能的不断提高和计算流体动力学(CFD)技术的发展,人们采用实验研究和数值模拟相结合的手段,在搅拌设备内部流场的研究方面做了大量工作,发现多数情况下设备内的流场都是充分发展的湍流,并取得了其他许多有益的成果。然而,有关产品结构几何尺寸和搅拌转速等参数选取多是基于经验,使得研发的产品达不到预期的效果。首先,本文选用CFD软件FLUENT6.2,采用多重参考系法及RNG模型计算了双层45°折叶桨式搅拌槽内流体混合过程的速度场和浓度场,讨论了不同加料点位置和监测点位置对混合时间的影响,结果表明,搅拌槽内物料的混合过程主要由槽内的流体流动所控制;混合时间与加料点位置有关,在桨叶区附近区域加料时混合时间比在液体表面加料时的混合时间短,不同的监测点位置对混合时间有很大的影响,在靠近槽底部进行监测所得到的混合时间最长,因为在下桨叶下形成了一个诱导锥形区,这时槽体内形成两个相对独立的流动区域,即主体循环区域和二次诱导锥形区。由于诱导锥形区流体速度值较小,示踪剂只能靠底部回流和扩散作用混合,因此混合时间加长。其次,本文还讨论了搅拌槽内不同加料点和不同转速时对混合效果的影响,得到不同转速下的混合时间和消耗功率在双对数坐标系下近似呈线性关系;考察了搅拌桨位置变化时,搅拌槽内速流场、浓度场的分布以及功率消耗情况,模拟结果表明:下层搅拌桨距底距离的变化对整个搅拌槽内形成一个整体的循环有很大影响,随着下层搅拌桨距底距离减小,二次诱导锥形区变小,混合时间减少。但随着桨叶离槽底距离的减小,槽上部混合减弱,所以桨叶不能离槽底太近。最后,本文的研究结果对工业搅拌反应器的选择使用与优化设计都具有一定的指导意义。
胡凡金[10]2012年在《多层桨在假塑性流体中的混合特性研究》文中指出多层桨搅拌设备在工业过程中非常常见,被广泛应用于气液混合、固液悬浮、热传导以高粘物料的合等场合,比如在催化剂成胶搅拌过程中,就有大量凝胶状高稠度的假塑性流体生成,此类流体高粘及剪切稀化的特性使得其混合过程非常困难。为此,本文利用数值模拟的方法对多层桨搅拌假塑性流体的洞穴、流场及混合特性进行了研究。利用Fluent软件对原催化剂成胶装置1/10计算模型内洞穴的演变过程进行了研究,得到了洞穴尺寸变化规律,确定了槽内流体被完全搅动时的搅拌操作参数。分析了搅拌槽内剪切速率及表观粘度变化,结果表明搅拌槽内的表观粘度分布与剪切速率分布密切相关,增大转速能够有效地控制槽内的剪切速率分布,并使得搅拌槽内的表观粘度降低且分布趋于均匀。研究了桨型组合方式对多层桨搅拌流场的影响,结果表明,不同组合桨搅拌槽内的流场结构区别较大,其中径流桨组合搅拌槽中的流型为平行流,斜叶桨、轴流桨组合搅拌槽中则在下部区域形成了连接流。分析了层间距对搅多层桨搅拌槽内流型的影响,确定了不同组合桨搅拌槽内形成连接流时的层间距值。基于稳态流场的计算,完成了搅拌槽内混合过程的模拟,并对各组合桨的混合性能进行了分析对比。结果表明,斜叶桨组合能够同时兼顾轴向循环与剪切性能,最为适合于假塑性流体的搅拌,其混合效率比原催化剂成胶搅拌组合高出了57%左右；轴流桨组合由于受限于较低的剪切性能,其混合效率低于斜叶桨组合,但仍旧比原催化剂成胶搅拌组合提升了48%左右；径流桨组合对混合效率改善不大。
参考文献：
[1]. 偏心搅拌槽内宏观不稳定性的分离涡模拟及实验研究[D]. 杨锋苓. 山东大学. 2010
[2]. 饲料混合机研究与开发[D]. 赵彬. 南京理工大学. 2008
[3]. 搅拌槽内混合过程的数值模拟[D]. 张国娟. 北京化工大学. 2004
[4]. 易失控反应过程的调控及强化研究[D]. 车圆圆. 浙江大学. 2012
[5]. 新型机械搅拌槽中多相流动的物理与数值模拟[D]. 赵洪亮. 东北大学. 2014
[6]. 错位桨搅拌假塑性流体流动与混合特性研究[D]. 栾德玉. 山东大学. 2012
[7]. 摆动式搅拌流场与混合过程的数值模拟[D]. 杨锋苓. 山东大学. 2007
[8]. 层流搅拌槽混合时间的数值模拟与实验研究[D]. 拜亮. 燕山大学. 2011
[9]. 机械搅拌槽混合过程的数值研究[D]. 张伟山. 哈尔滨工业大学. 2009
[10]. 多层桨在假塑性流体中的混合特性研究[D]. 胡凡金. 山东大学. 2012