新型搅拌装置底支撑结构探讨及应用

基于带有底支撑的搅拌设备在运行中存在的问题,指引了新型底支撑的研发、设计基本方向。在新型底支撑封闭腔体内注入水或其他允许的无固含的液体,使物料中的固相很难进入到新型底支撑的封闭腔体内,由于隔绝了物料中的固相进入新型底支撑腔体内,从而消除了因此而引起的搅拌设备振动、底支撑磨损等问题,从而扩大了底支撑应用场合,形成一系列优势。本文主要介绍了底支撑的作用、新型底支撑的结构特点以及与安装底支撑相应的注意事项。

双螺带式搅拌器的搅拌特性及关键结构参数研究

运用Fluent软件对双螺带搅拌器的混合过程进行模拟,利用多功能搅拌实验平台进行功耗测试,验证仿真模型的合理性。结合实例,分析了边界间隙、螺带直径以及螺距对搅拌特性的影响。针对混合效果和效率(经济功耗)的定量评价难点,提出用功耗因子与轴向功耗因子的数值,表征高黏度流体混合时的能量利用效果与整体混合效果,并以此为依据对螺带式搅拌器关键几何参数进行优化。实例的模拟结果表明:当螺带直径为1 200 mm时,即螺带直径达到罐体直径0.8倍时,轴向功耗因子最大为0.232 6 s,表明轴向流体宏观混合效果最好;螺距为1 350 mm时,即螺距与螺带直径之比为1(螺旋升角为45°)时,轴向功耗因子达到最大为0.180 6 s,表明轴向流体宏观混合效果最好;随着边界间隙的减小,罐壁总速度峰值增大,表明防附着效果增强,罐壁内侧的热边界层减薄。

水泥搅拌桩在深厚软土路基处理中的应用

文章以珠海某市政道路工程实例为研究对象,针对常规水泥搅拌桩、双向水泥搅拌桩、大直径水泥搅拌桩、三维立体水泥搅拌桩四种工艺,从加固机理、处理工艺、处治效果、工期、工程造价等多方面进行研究及对比,得出不同搅拌桩处理工艺的优缺点,旨在为类似项目提供参考。

单向与多层互剪搅拌桩性能模型试验对比研究

利用自研单向与多层互剪搅拌桩模型钻机,对传统DSM桩与新型CS-DSM桩的工艺因素及成桩质量进行了模型试验对比研究,探索了水泥掺量和单位桩长搅拌次数T对两类搅拌桩成桩均匀性与桩身强度的影响。试验结果证实CS-DSM桩的表观均匀性和桩身连续性明显好于DSM桩,在T值相同条件下,两者平均桩身强度比Rs为1.41~6.4,且Rs随着搅拌次数T增加而呈指数趋势降低,24组模型试验结果还揭示出DSM桩与CS-DSM桩在UCS-T之间的本质联系。提出的DSM桩与CS-DSM桩的T值和UCS值的计算方法,可以指导搅拌桩施工参数合理选取以实现桩身设计强度目标。通过DSM工法与CS-DSM工法的试验对比研究获得的两类桩的桩身质量差异性结果,能够为高质量的CS-DSM桩工艺控制原则和质量保障体系提供试验依据。

立式紊流搅拌机多相流场及混合性能

为研究液体与固体颗粒在大容积立式搅拌机中的混合特性,建立了转轴与转筒耦合运动形式的双轴立式搅拌机和单轴立式搅拌机模型,利用计算流体动力学仿真软件Fluent中的双欧拉模型和RNG k-ε湍流模型,以污泥和铁尾矿颗粒作为混合介质,分别模拟2种搅拌机内部物料的混合过程,对流体流动特性以及固相颗粒体积分布规律进行分析,并对比分析了双轴搅拌和单轴搅拌对液固两相混合性能的影响.结果表明:相同工况下,2种搅拌机内的流场特性差异较大,双轴搅拌机内流体的紊流效果明显强于单轴搅拌机;固相颗粒在单轴搅拌机内从上到下呈阶梯状分布,而在双轴搅拌机内各处均匀分布;结合示踪剂扩散时间可得出,双轴搅拌机单位体积混合能耗远小于单轴搅拌机,所以双轴搅拌机的搅拌混合效果以及混合效率优于单轴搅拌机.研究结果可为大容积搅拌混合设备的设计与优化提供重要的参考.

多层互剪搅拌桩工法的工艺因素模型试验研究

采用模型试验方法,对多层互剪搅拌桩工法(contra-rotational shear deep soil mixing,简称CS-DSM工法)的工艺因素进行了试验研究,探索了水泥掺量、单位桩长搅拌次数T、单位体积搅拌能量E以及内外钻杆转速比RN等工艺因素对搅拌桩均匀性与强度UCS的影响。模型试验研究发现,通过多层互剪搅拌能够根除地表冒浆、防止糊钻抱钻、提高固化材料利用率。18组模型试验结果阐明搅拌桩在T-E-UCS之间存在固有关联,并揭示出机械参数、输出能量与桩身强度之间的本质关系。提供的计算方法可以定性指导选取合理的工艺参数,实现桩身设计强度目标。作为重要工艺因素,内外钻杆转速比RN与桩身强度试验曲线存在极值点,建议在工程中将1.80~2.20作为获取桩身峰值强度的最优RN值域。CS-DSM工法应用的系列研究结果为高质量搅拌桩工艺控制原则和质量保障体系提供了试验依据。

底吹搅拌技术在电弧炉中的应用与发展

发展电弧炉短流程炼钢是钢铁工业实现“双碳”目标的重要途径。近年来,现代电弧炉技术发展迅速,电弧炉底吹搅拌技术也在不断进步和推广,对电弧炉生产的高效化和节能化作出了重要贡献。针对电弧炉底吹搅拌技术的机理、工艺特点、系统组成、气体种类、底吹元件类型及工艺布置方式进行综述,并对底吹技术的应用情况进行总结分析。模拟计算得出,远离底吹装置的区域,钢液流速明显偏低。结合炉型特点布置底吹装置及优化底吹气量,可改善熔池动力学条件,促进钢液元素传质,实现降低能耗和原材料消耗、提高生产效率的效果。深度开展底吹技术研发,与吹炼、供电、喷粉等工艺技术耦合,并结合新炉型特点制定底吹工艺制度,实现智能化底吹是发展现代电弧炉短流程技术的重要方向。

搅拌混合设备结构及应用研究

搅拌混合机是一种常见机械设备,文章主要进行混合机设备结构及应用技术的探索。文章研究对象为双螺旋锥形混合机、卧式螺带混合机、犁刀式混料机、桨叶式混合机、无重力混合机五种结构的搅拌混合机,主要针对设备性能、工作原理、结构配置、设备特点等方面进行研究。

卧式厨余垃圾搅拌器搅拌影响因素仿真分析

卧式厨余垃圾搅拌器的转速和填充率对其搅拌均匀性的影响较大,为了提高搅拌效率及搅拌均匀性,建立卧式搅拌器及物料固体参数化模型,颗粒接触模型采用JKR模型,运用EDEM(Engineering Discrete Element Method)模拟搅拌过程。采用控制变量法设置对比仿真实验,并采用标准偏差法处理实验数据,通过分别控制填充率、转速的改变,对比得出最合适的搅拌环境以及各因素对搅拌效率、搅拌均匀性的影响趋势。结果表明:60%的填充率时搅拌均匀性最好,较大的填充率可以获得更好的搅拌效率,但填充率过大搅拌均匀性会下降;在转速为(48~72)rpm的范围内,转速越大搅拌效率、搅拌均匀性越好,但转速在(60~72)rpm时搅拌均匀性提升不明显且颗粒发生离析,继续增加转速对搅拌无明显增益且增加功耗。研究成果对卧式搅拌器的设计与应用提供了一定的参考。

协同双面搅拌摩擦焊接技术

协同双面搅拌摩擦焊接(SDS-FSW)作为搅拌摩擦焊接技术的一种新的改进形式,显著改善了传统搅拌摩擦焊接变形大、焊接效率低等问题,对焊接质量也有提升作用,适用于大尺寸、大厚度的板材或型材的焊接。但目前SDS-FSW仍处于初始研发阶段,相关的理论及应用研究较少,研究成果主要集中在6061铝合金上。本文主要介绍SDS-FSW技术的发展历程、技术特点与典型研究结果及应用前景,以期为SDS-FSW技术的发展及实际工程推广提供参考。

基于格子玻尔兹曼法的连续式搅拌反应釜流场数值模拟

为探究高含固厨余垃圾条件下连续式搅拌反应釜(continuousstirred-tankreactor,CSTR)的流场特性,课题组采用一种新颖的计算流体动力学方法格子玻尔兹曼法(latticeBoltzmannmethod,LBM)进行研究。模拟了3种桨型的流场特性,并通过对比不同转速下的扭矩实验值与模拟值,评估了该方法的可靠性,结果表明在低转速时实验值与模拟值的相对偏差均小于5%;随后考察了不同搅拌桨的速度分布、扭矩以及死区占比的变化情况。模拟结果显示:在处理含固体积分数为20%的厨余垃圾时,螺带式搅拌桨几乎带动整个反应釜内物料运动,并且其死区占比相对较小;使用螺带式搅拌桨时,随着转速的增加,反应釜中死区占比会有所下降。因此,综合考虑反应釜内的速度分布、扭矩及死区占比,用于搅拌高含固的厨余垃圾的连续式搅拌反应釜的最佳搅拌条件是转速为40r/min的螺带式搅拌桨。课题组所提出的格子玻尔兹曼法方法可用于模拟低转速条件下高含固厨余垃圾的流动特性。

基于搅拌功率测试的振动搅拌阻力的反推求解及仿真分析

混凝土振动搅拌技术相对于普通强制搅拌不仅能有效提高混凝土的力学性能,缩短搅拌时间,还能降低搅拌阻力和能耗,提高制备效率。本文主要通过测量双立轴60L振动搅拌试验样机在制备C30混凝土时的功率曲线,进而反推得到搅拌叶片所受阻力。同时,也对试验样机在卡料工况下的阻力进行分析,并根据带传动的极限有效拉力进行求解,得到在此特殊工况下的搅拌阻力。利用有限元分析软件ANSYS Workbench 2020R1计算了搅拌机构的变形和应力情况,确定了安全系数。结果表明,各种工况下,应力最大值都位于搅拌臂与连接块的连接处,最大变形处都位于搅拌叶片的底端;正常工况下,搅拌机构所受应力以及变形相比于卡料工况下都较小。通过计算得到安全系数,在各种工况下,搅拌机构的强度和刚度均能满足使用要求。

搅拌因素对不同煤种黏结指数测定结果的影响

在烟煤黏结指数测定过程中,搅拌对结果影响的大小因煤种的不同而存在差异。在检测中,保持其他实验条件相同的前提下,对国标GB/T 5447—2014《烟煤黏结指数测定方法》中所规定搅拌方法中搅拌方向和角度根据煤种的不同进一步验证,同时将人员搅拌和仪器自动搅拌进行比对。结果表明,在所有煤种中,在保证搅拌丝和坩埚旋转方向相反的前提下,搅拌方向可根据习惯调整,对结果影响不大。搅拌角度增大或减小时对结果的影响,不同煤种之间差异较大。同时验证结果可用于规范实验操作,查找误差原因。在人员与设备之间的比对,结果相近并均在要求范围内,设备稳定性更好。

弧叶搅拌器不同桨叶直径下混合性能受转速和高度的影响程度分析

为了探究转速和安装高度对不同搅拌桨直径混合性能的影响程度,以弧叶搅拌器为研究对象,采用Realizablek-ε湍流模型和欧拉多相流模型进行数值计算,对比分析了不同搅拌桨直径在不同安装高度和转速下的混合时间、单位体积混合能、功率、固相颗粒分布、湍动能以及速度流场分布情况。结果表明:当搅拌桨直径增加时,转速对混合时间和固相颗粒运动的影响程度先减小后增加,对功率、湍动能以及介质流速的影响程度增加,对单位体积混合能无明显影响;当搅拌桨直径增加时,安装高度对混合时间和固相颗粒运动的影响程度先减小后增加再减小,搅拌桨直径为400mm时影响程度最大,对功率、湍动能以及介质流速无明显影响;当安装高度低于H/3时,随着搅拌桨直径的增加,高度对单位体积混合能的影响程度先增加后减小,反之,高度对单位体积混合能的影响程度增加。该研究可以在一定程度上说明搅拌桨直径在设计参数发生变化时对流场的影响程度,能够为机械搅拌提供理论指导,具有一定的工程应用意义。

机械搅拌驱动下固液混沌混合特性数值模拟

混沌搅拌对于理解复杂系统行为、改善混合过程的效率和质量以及推动科学和技术的发展具有重要意义。通过数值模拟计算,从搅拌迹线和流场揭示了混沌搅拌的搅拌效果优于普通匀速搅拌。通过流场迹线分析,得出混沌搅拌强化搅拌效果的根本原因是混沌搅拌打破了搅拌的隔离死区。同时混沌搅拌所产生的整个流场的紊乱程度要远远大于普通匀速搅拌。

搅拌子吸附-热脱附-气相色谱-质谱法分析北京大气中33种多氯联苯

用包覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)吸附层的搅拌子作被动大气采样器,建立了搅拌子吸附-热脱附-气相色谱-质谱法(SBSE-TD-GC-MS)分析大气中多氯联苯(PCBs)的方法。优化后的热脱附温度为280℃,热脱附时间为6 min,聚焦冷阱的温度为-40℃,33种PCB单体的热脱附残留比例低于7%。验证了方法的线性、精密度和重复性。标准曲线5个点线性关系良好,33种PCB单体的相关系数r>0.998。方法精密度验证的相对标准偏差(RSD)为0.79%~20.2%(n=8),日内重复性实验的RSD为0.43%~29.8%(n=10),日间重复性实验的RSD为3.20%~29.6%(n=20),方法检出限(LOD)为0.01~2.51 pg,回收率为98%±18%。将建立的方法用于北京大气中PCBs的分析。检出8种PCB单体,质量为2.94~129 pg。在32 d的采样周期内PCB-52、PCB-123、PCB-155一直处于线性吸附阶段,而PCB-1和PCB-3经过了线性吸附阶段、曲线吸附阶段和平衡阶段。研究结果表明,SBSE-TD-GC-MS可以用于大气中PCBs的样品采集和快速分析。

蔬菜废弃物厌氧消化中搅拌工艺优化的研究

为了优化蔬菜废弃物厌氧消化工艺,以白菜的废弃物为原料,采用批量厌氧消化工艺,设置不同搅拌频率(静置、间歇搅拌、连续搅拌)的3个实验组,在35℃±1℃的条件下厌氧消化。实验证明:间歇搅拌组累计产气量最多,能源产出指数最高,搅拌效果较好。证明间歇搅拌能同时平衡搅拌效果和经济性;间歇搅拌可防止沉淀、泡沫、结壳或浮层的形成,并促进沼气从基质中释放。这一结果可为蔬菜废弃物厌氧消化工程的搅拌工艺优化提供参考。

鱼尾型搅拌桨设计及在羧甲基纤维素钠溶液中的应用

搅拌桨是生物反应器的核心部件,直接影响反应釜内流体的搅拌混合和气液分散性能.基于双色刺尻鱼(Centropyge Bicolor)尾鳍轮廓特征和仿生学原理,设计了一种鱼尾型搅拌桨—FT桨(Fishtail Turbine),应用于羧甲基纤维素钠(CMC)溶液的搅拌混合操作.结合计算流体动力学(CFD)和粒子图像测速(PIV)技术,研究了FT桨在纯水、 CMC溶液中的搅拌混合和气液分散性能,并与传统RT桨(Rushton Turbine)进行了对比.结果表明:(1)对于单相流,与RT桨相比,FT桨能增大流场速度、湍动能作用区域;搅拌纯水、 0.25%CMC溶液、 0.5%CMC溶液时,湍动能最大值分别增加39.47%、 23.33%、 18.31%,平均增加31.03%.(2)对于气液两相流,与RT桨相比,FT桨能增大高气含率区域,促进气液分散;搅拌气液两相纯水、 0.25%CMC溶液、 0.5%CMC溶液时,总体气含率分别相对增加8.62%、 9.19%、 2.58%,平均相对增加5.94%,搅拌功耗分别降低4.58%、 4.54%、 4.98%,平均降低4.70%.与RT桨相比,FT桨搅拌CMC溶液具有更优的搅拌混合和气液分散性能,应用前景广阔.

超声振动对2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头显微组织与力学性能的影响

采用新型超声振动强化搅拌摩擦焊对第三代2195-T6铝锂合金进行焊接,研究超声振动对接头显微组织与力学性能的影响。研究表明,超声振动强化搅拌摩擦焊能够增强塑性材料流动,进而抑制焊接缺陷,提高无缺陷接头的临界焊接速度。在保证接头抗拉强度达到母材75%的条件下,超声振动强化搅拌摩擦焊的焊接速度和效率均高于常规搅拌摩擦焊。施加超声振动能够大幅提升较高焊接速度条件下的接头力学性能。超声振动强化搅拌摩擦焊接头的极限抗拉强度为449.5 MPa,达到母材的83.1%。超声振动强化搅拌摩擦焊接能够在保证接头质量的前提下提升临界焊接速度和焊接效率。

钛合金搅拌摩擦焊搅拌头磨损机理及其涂层强化

为了提高钛合金搅拌摩擦焊搅拌头的寿命,在搅拌头表面增加涂层,对比研究表面涂层的作用机理。本文选用无涂层搅拌头和带AlCrN涂层搅拌头对TC4钛合金进行搅拌摩擦焊(FSW)试验,通过3D影像仪表征搅拌头的磨损情况,采用扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)对接头的组织及成分进行分析,研究了AlCrN基涂层对搅拌头的寿命影响规律。试验结果表明,对比无镀层搅拌头,带AlCrN基涂层搅拌头的有效焊接距离由600 mm增加到800 mm,且在焊接800 mm后,仍可获得成形良好,抗拉强度达到母材95.32%的焊接接头。另外,带AlCrN基涂层搅拌头的搅拌针和轴肩磨损率分别减少50.41%和22.41%,AlCrN基涂层可有效提高搅拌头的寿命。对比分析搅拌头的磨损情况发现,无涂层搅拌头的磨损包括磨粒磨损、黏结磨损和氧化磨损,其磨损过程主要包含3个阶段:初始磨损阶段、剧烈磨损阶段和稳定磨损阶段。比较而言,带涂层搅拌头的磨损过程则为“打断”和“撕裂”两个阶段。