自吸射流柔性搅拌桨预应力特性

为了解不同桨叶数对自吸射流柔性搅拌桨预应力振动特性影响,文中采用数值模拟方法研究了桨叶数为3、4和5的搅拌桨功耗、应力应变和固有频率预应力特性。结果表明,在Re=40.261~111962范围内,随着桨叶数增加,搅拌桨功耗逐渐增大;桨叶数为3的搅拌桨最大变形量最大,桨叶数为4的搅拌桨应力最大值最高;搅拌桨固有频率随桨叶数的增加而减小。该研究为自吸射流柔性搅拌桨优化设计提供了理论支持。

丁二酸结晶釜搅拌结构数值模拟与分析

基于计算流体动力学(CFD)对丁二酸连续结晶釜内固液两相流场进行模拟,探究不同叶轮结构、叶轮安装高度、釜底形状对结晶釜内固液分散情况的影响。模拟计算结果表明,减小桨叶倾角、增加叶片数量,有助于提升搅拌效果;搅拌功率、叶轮循环效率随桨叶倾角减小而增大。叶轮安装高度过高或过低均会造成颗粒堆积,影响固相悬浮状态;叶轮安装高度为1/3H是较优的选择,其云高、均匀度优于其余安装高度,且搅拌功率相对不高。复曲面釜底能显著改善釜底颗粒堆积情况,相较锥形釜底、W型釜底效果更优且能耗更低。

薄板式静态混合器混合性能数值模拟

薄板式静态混合器内构件简单、通量高、压降低,可以有效降低稀释水掺混能耗。文中以不均匀系数ψ和管路压降Δp作为评价指标,利用CFD(计算流体动力学),对比分析单直管、单顺流羽状管、单逆流羽状管和双顺流羽状管等4种注水方式的混合效果和压降。研究发现,在注水管安装在L/D=5.3处,单管注入时,注水两侧形成的径向二次流强度Se变化缓慢,稳定的涡旋流在混合器内产生混合“死区”,降低了静态混合器的油水混合速度;当ψ降至0.05时,混合距离超过18D。此混合死区解释了单管注入时分散相注入点附近易出现局部高浓度区。双顺流羽状管注入时,对撞水相产生较高径向二次流强度Se,且迅速降低。快速变化的流场显著减少混合距离,与单管注入相比,ψ降至0.05时混合距离减少76.9%,Δp增加1.5%。

气田废弃油基钻井泥浆处理及循环利用技术研究

对延长气田钻井过程产生的废弃泥浆进行固液分离、油/水循环利用、底泥的固化等处理。研究表明,废泥浆固液分离后,减量化率达82.11%,油回收率和回收油中的含水率分别为94.50%,0.43%;分离出水经过化学氧化—絮凝—过滤处理后,透光率可达98.5%以上,可用于油田工作液的再配制;底泥中的含油率为4.56%,经固化处理后,抗压强度可达15.977 MPa,可用于油气田现场铺设井场或道路,固化体浸出液满足《污水综合排放标准》中的水质要求。

声共振混合器高黏度流体混合的功耗特性研究

声共振混合利用机械共振产生高加速度振动,从而促进流体流动,其功耗特性对于其设计及应用具有重要作用。为研究声共振混合器的功耗特性,基于CFD建立了声共振混合过程仿真模型,分析了高黏度流体声共振混合过程壁面对物料的作用力和做功功率,探究了黏度和振动参数改变对混合器功耗特性的影响,并建立了声共振混合器混合功率的预测函数。研究结果表明,在混合过程中,壁面对液相做功的瞬时功率呈现先减少后稳定波动的趋势,而有效功率呈现先增加后稳定波动的趋势,这种不同的变化趋势是由于两者的相位差发生变化所导致的。增加振幅、频率或等加速度下低频大振幅都能够增加瞬时功率和有效功率,并减少液相进入稳定流动阶段所需吸收的外界能量。

Kenics型静态混合器中幂律流体与颗粒混合过程分析

针对Kenics型静态混合器内固体颗粒在幂律流体中的孤岛现象的产生机理进行研究。运用Fluent数值模拟固相颗粒与CMC水溶液在Kenics静态混合器中的混合过程,并利用浓度变异系数(COV)对颗粒分布特性进行量化分析。研究表明:提高流体表观黏度和流体入口速度,颗粒停留时间缩短,COV值降低,混合效果提高。在第4~8个扭旋叶片中间截面上均形成了两对对称的无粒子孤岛,降低流体表观黏度和提高流体入口速度,孤岛边界更清晰。扭旋叶片诱导的内流涡旋和近壁面涡旋有较高的涡量,涡旋中心局域形成无粒子孤岛,相邻叶片交错区域,随着涡旋耗散孤岛消失。

下层桨叶结构对搅拌反应器内部流场的影响

搅拌反应器可以对物料进行均匀的搅拌及混合,极大提高了工艺物料的处理效率。利用CFD技术对搅拌反应器内的流场特性进行数值分析,研究下层桨叶结构对流体流速的影响。研究结果表明,桨叶数目增加时搅拌效率增大,搅拌核心区域的流速较大,旋转域内部的流速增大;桨叶角度增加时桨叶搅拌区域的流速增大,但在旋转域的下部流速反而减小。

双层改进型推进式搅拌桨桨间距对 搅拌槽内流场的影响

采用粒子图像测速技术对不同桨间距C_(2)下双层改进型推进式搅拌桨槽内流场特性进行实验研究,并分别采用大涡模拟模型、标准k-ε模型以及RNGk-ε模型对搅拌槽内流场进行模拟预测。研究结果表明,桨间距C_(2)对搅拌槽内流型及速度分布有较大影响。当C_(2)=0.23H(H为液位高度)时,受上桨排出和卷吸作用的影响,下桨区域的旋涡无法成型,搅拌槽内物料混合效果不佳;当C_(2)=0.26H时,上桨叶区的高速区域较C_(2)=0.23H时增大了20%左右,下桨叶区高速区域增大了近25%,下桨叶区开始形成区域自循环;当C_(2)增大到0.29H时,两桨间逐渐出现低速旋涡和流动死区,同时混合效率降低。对比r/T(r/T为周向距离比)=0.4处的无因次化速度分布,发现采用大涡模拟模型得到的模拟结果与搅拌槽内流场的实验结果更接近。研究结果可为双层改进型推进式搅拌桨的实际应用提供参考。

穿流-四斜叶组合桨桨间距对搅拌槽内流场特性的影响

基于计算流体力学中的大涡模拟方法,对不同桨间距C_(2)下的穿流-四斜叶组合桨搅拌槽内的流动特性进行了模拟分析,并采用粒子成像测速技术进行了实验对比研究。研究结果表明,桨间距对两桨叶之间的连接流作用及整体混合效果的影响较大。C_(2)=0.24H(H为搅拌槽高度)时两桨叶之间的连接流较为稳定,但搅拌槽上层区域流动较差;当C_(2)增大到0.29H时,搅拌槽内两搅拌桨间的连接流呈现S型,整体的混合能力更强;当C_(2)增大到0.34H时,两桨叶间的连接流能力减弱,且搅拌槽内的流型依据搅拌桨位置分化为上下2个较大的局部混合区域。

颗粒体系的多尺度混合指数

对颗粒混合物均匀性的系统研究揭示了混合过程中显著的多尺度特征,特别是宏尺度上均匀的混合物在微尺度上可能表现为极度不均匀,反之亦然,同时采用不同的采样方法和混合指数表征同一混合物在同一尺度下的均匀性可能也会有所差异。尝试提出一种多尺度混合指数,即在不同尺度采用不同评价方法,并将混合指数表达为不同尺度上的分布,而不是在未定义尺度上的单一值。该多尺度表征方法可更精确与全面地反映混合物的均匀特性。

挡板构型对含钒页岩浸出槽内多相流行为的影响

搅拌浸出槽是石煤提钒浸出过程中的关键设备,搅拌槽的结构优化对提高固液悬浮性能具有重要意义。本文对不同构型挡板的某厂含钒页岩搅拌槽进行数值模拟,通过比照搅拌槽流场与相分布、死区分布等模拟结果,剖析不同构型挡板对含钒页岩搅拌槽内固液两相流的影响。结果表明:安装挡板对搅拌过程中钒页岩颗粒充分扩散有利。分段挡板条件下整体流速约为0.65m/s,相较于标准挡板更快,增幅约为15.00%。分段挡板与标准挡板对钒页岩颗粒在搅拌槽内的扩散优化效果相似,两种挡板均能缩小钒页岩颗粒的死区区域,其中标准挡板低浓度区域减少约99.14%,分段挡板沉积区域减少约91.21%。此外,分段挡板相较于标准挡板能够节省20.00%的搅拌功率。分段挡板在能获得与标准挡板相同搅拌效果的同时更加节能,具有较高的应用推广价值。

多层桨搅拌槽内的宏观混合特性

在直径为0.476 m的搅拌槽内,采用电导法测定搅拌槽内单层桨和多层桨体系的混合时间。对于单层桨体系,在相同的搅拌输入功率下,不同类型的径向流桨和轴向流桨具有相同的混合时间。对于窄叶翼型CBY搅拌桨,在相同的搅拌输入功率下,单层、双层以及三层CBY搅拌桨的混合时间基本相同;而对于六直叶涡轮桨DT-6,在相同的搅拌输入功率下其混合时间随桨叶层数的增加而加长;多层CBY桨的混合时间远低于多层DT-6搅拌桨的混合时间。

纳米流体制备的研究进展

综述了纳米流体制备的一些研究成果,总结了目前主要的纳米流体制备方法、分析了制备纳米流体过程中的影响因素。认为超声分散并辅之以分散剂的混合制备法是实验研究中较为实用可行的方法;pH值、分散剂类型及用量是影响纳米流体分散稳定性的主要因素。展望了纳米流体制备方法的发展方向及超声分散法所要综合考虑的因素。

翼形桨搅拌槽内混合过程的数值模拟

采用FLUENT软件的多重参考系(MRF)及标准k-ε模型,将速度场与浓度场方程分开进行求解,对单层轴流式三叶CBY翼形桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟,所得的混合时间的模拟结果与实验值相吻合。同时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。上述的研究结果对于工业搅拌反应器的优化具有一定的参考意义。

采用大涡PIV方法研究搅拌槽内湍流动能耗散率

在槽径为0.476m的六直叶涡轮桨搅拌槽内,采用粒子图像测速仪(PIV)对桨叶区的流场进行了实验研究,得到了桨叶区的平均流速和湍流动能(k)分布,采用大涡PIV方法对湍流动能耗散率(ε)分布进行了估算,计算了ε与k的相关系数.结果表明大涡PIV方法能有效地估算ε分布;桨叶区的射流向上倾斜,两尾涡分布于射流两侧,射流的倾角和两尾涡中心间距随射流向壁面运动而变化,射流倾角先增大再减小,相位角θ=40o时达到最大值13.2o,两尾涡中心间距先减小再增大,θ=20o时达到最小值0.0387(用槽径T无因次化);湍流动能和湍流动能耗散率峰值均位于尾涡靠近射流的区域;湍流动能和湍流动能耗散率的平均相关系数为0.363,射流核心区相关系数小于周边区域.

基于计算流体力学模拟的下沉与上浮颗粒在搅拌槽内的固液悬浮特性

采用多重参考系(Multi-reference frame,MRF)法处理桨叶旋转和以颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型,对下沉颗粒和上浮颗粒分别在双层涡轮桨搅拌槽内的固液悬浮特性进行数值模拟研究。得到搅拌槽内宏观流动场和下沉颗粒与上浮颗粒的固含率分布,并考察操作条件对两类颗粒悬浮特性的影响。数值模拟的液相速度分布和流型与文献试验结果吻合良好。研究结果表明,上浮颗粒与下沉颗粒的固液悬浮特性有很大的差别。下沉颗粒固含率分布总体上随轴向高度的增加而降低,固含率在槽底中心处最高,而在循环涡涡心、叶片和挡板的背流面则相对较低,上浮颗粒的固含率分布则与上述下沉颗粒分布趋势相反。搅拌转速增大使下沉颗粒固含率在循环涡涡心有下降趋势,而上浮颗粒固含率则有所增加。平均固含率降低或颗粒尺寸减小有利于两类颗粒均匀悬浮,平均固含率或粒径增大使下沉颗粒和上浮颗粒分别更易于在槽底和液面中心处聚集。

三相机械搅拌反应器气液传质

由空气-水、液体石蜡-细颗粒黄沙、石英砂、催化剂构成三相体系,常压下在表观气速0.10×10-2～1.5×10-2 cm·s-1 、固体浓度为0～0.34 g·ml-1溶剂、搅拌转速450～1500 r·min-1的实验条件下,采用溶氧仪研究了三相机械搅拌反应器的气液传质特性,考察了操作参数和液体性质、颗粒粒径及密度等物性因素对液相容积传质系数kLa的影响,用改进的高斯-牛顿法进行参数估值,得到kLa与上述因素的量纲1关联式,统计检验表明,所得量纲1关联式与实验值拟合情况良好,可为后续搅拌反应釜中三相淤浆床甲醇合成过程分析与模拟提供传质基础数据.

搅拌反应器中液相混合时间研究进展

搅拌反应器是一种在化工、医药、能源和废水处理等领域应用比较广泛的设备。其中混合时间是表征搅拌反应器内物料混合状况的一个重要参数。本文从实验测量方法和数值模拟两个方面综述了近50年来对混合时间的研究,并展望了未来混合时间测量方法和数值计算的发展方向。

柔性桨强化搅拌槽中高黏度流体层流混合的研究

结合酸-碱可视化技术和Matlab软件,分别计算出流体的混合时间数(无因次混合时间)Ntm和流体混合隔离区的面积覆盖率,对比分析传统桨与柔性桨的混合性能的差异。结果表明,在Ntm=10 800时,传统桨形成的混合隔离区的面积覆盖率在40%-50%之间,几小时之后(Ntm=25 000)仍稳定地存在;而柔性桨所形成的混合隔离区在Ntm=18 000时,混合隔离区在1%左右,且Ntm=25 000时,混合隔离区完全消失了;相对于传统桨,柔性桨使流体的混合时间降低了28%左右。

流体混合技术新进展

介绍了电子过程断层成像系统这一先进测量技术的原理及其在流体混合技术中的应用 ;并从多层桨体系的简单混合模型到复杂的区域网格模型 ,综述了计算流体混合技术的进展和应用 ;最后介绍了新型高效搅拌桨的开发和混合设备设计的智能化研究。