智慧教学模式下学生能动学习能力的培养实践

在智慧教学时代,学生获取知识的途径多种多样。借助智慧教学手段培养学生的能动学习能力和终身学习能力极为重要。文章以化工原理课程教学为例,介绍了借助“雨课堂”“北化在线”平台,采用BOPPPS教学方法,培养学生能动学习能力的教学实践;从师生“双角色”的角度出发,提出通过课堂讲授、线上线下融合学习、研究性项目实践三个逐级递进的教学环节,实现学生“低—中—高”三阶段的进阶学习。三年的教学实践表明,学生自主学习能力明显增强,应用所学知识解决实际问题的能力有了显著提高。

项目导向教学模式在化工机械基础与实践课程中的探索

文章在分析化工机械基础和化工机械设计课程教学现状的基础上,提出将两门课程整合为化工机械基础与实践课程,并介绍了基于科教融合理念的项目导向教学模式的实践。将源于科研成果的典型化工设备实例进行分解,并与理论教学内容相对应,同时在教学中引入先进的有限元分析设计方法,能够激发学生的学习积极性,加深学生对理论知识的理解,培养学生解决实际工程问题的能力,实现将理论教学与设计实践相结合的教学目标。

新工科背景下化工机械基础课程思政教学探索

化工机械基础课作为化工专业本科生必修课程,其目前的课程思政教学研究多偏重具体教学实践,缺少整体的思政教育理论框架,部分思政元素与课程内容联系不够紧密,形式大于内容。文章聚焦化工机械基础课程思政内容整体框架的构建,挖掘分析思政元素,通过案例使思政元素与课程内容紧密契合,以促进专业教育与思政教育同向而行、协同育人。

融合CFD方法的搅拌反应器气液传质实验教学

搅拌反应器气液传质实验是《化学反应工程》的基础实验,主要通过对搅拌反应器内的气液传质特性进行测定,并通过关联式回归得到诸因素对传质系数的定量影响规律。但在传统的实验教学中,学时及实验测试技术的限制使得无法直接获取反应器内气液两相流的流场结构等影响传质特性相关信息。计算流体力学(CFD)方法可以从定性和定量角度揭示流场结构、气体分布以及气液传质等特性,并具有可视化、计算效率高等优点。将CFD方法与气液搅拌反应器传质实验教学融合,可加深学生对搅拌反应器内气液分散及传质机理的理解,培养学生解决化学工程问题的高阶能力。

组合桨聚合釜内非牛顿流体的混合特性

在476mm的椭圆底有机玻璃聚合釜中,以羧甲基纤维素-甘油水溶液(前者质量分数为1.3%)为实验物系,利用酸碱中和法测定了9种不同的搅拌桨直径与聚合釜直径比接近于1的组合搅拌桨沿聚合釜轴向及径向的混合特性。结果表明:内外螺带-锚式组合桨的轴向混合最强,但径向混合较差。框板式搅拌桨的轴向混合较内外螺带-锚式组合桨弱,但比改进偏框式桨强,其径向混合较后者弱。改进偏框桨的7种不同组合方式沿径向的混合良好,多数组合桨沿轴向的混合较前2种组合桨弱,更接近于平推流。

上浮颗粒特性对三相搅拌槽内固-液悬浮及气-液分散的影响

在直径为0．476m（T）的椭圆底有机玻璃搅拌槽中，采用作者此前研究优选的多层组合桨（HEDT＋WHD＋WHU），分别选用粒径在0.5至4mm、密度范围在900至955kg·m^-3的聚丙烯（PP）颗粒及粉料、低密度聚乙烯（LDPE）颗粒、高密度聚乙烯（HDPE）颗粒作为上浮固体，操作液位为0.5～1．8T，研究了颗粒特性及操作液位对空气-水-上浮固体三相体系的固-液悬浮及气-液分散性能的影响。结果表明：对于同种颗粒，其表面状态对悬浮特性有较大的影响，颗粒表面因含有少量残余溶剂而呈现部分憎水特性时，达到液面处颗粒停留时间不大于1～2秒的临界悬浮状态所需搅拌转速及输入功率显著增加；此时减少上层桨与液面的距离对降低临界悬浮转速及功率有较大贡献。当颗粒种类不同，表面状态及粒径相近时，液固密度差越大，所需悬浮转速越高；但相同输入功率及表观气速时的气含率相差不大。液固密度差相近时，颗粒越小越易被悬浮，但颗粒越小浓度增加使三相体系的气含率降低的幅度越大。对于不同颗粒所得气含率关联式及悬浮特性研究结果可为工业气液固搅拌槽／反应器的优化设计提供参考。

搅拌槽内固体颗粒对液相速度影响的研究

采用自行研制的双电极电导探针 ,在 0 .75m× 0 .75m× 1m方形搅拌槽中 ,测定了玻璃珠 水体系中固体颗粒对液相速度的影响。实验结果表明 :加入密度大于水的固体颗粒后 ,轴流式向下泵送液体搅拌桨的表观排出流量准数增大 ,但实际排液能力并不增加 ;近壁上流区液相速度衰减 ,衰减幅度随固相浓度不同而不同 ;由于固体颗粒的加入 ,搅拌槽底部液相速度衰减 ,与近壁上流区相比衰减幅度较小。近壁上流区液相速度与搅拌转速成正比 ;不同直径的搅拌桨 ,输送功率相同时 ,近壁上流区液相速度相等。

多相流搅拌反应器研究进展

综述了近五年冷态气液固三相搅拌反应器的研究成果,阐明近期研究热点已转为热态多相流搅拌反应器的流体力学行为。概述了热态气液两相体系中通气功率、混合时间、局部及总体气含率的研究结果。指出今后研究重点应为热态的固液悬浮、气液传质过程及其机理,同时说明用计算流体力学(CFD)对气液固三相搅拌反应器的数值模拟仍属起步阶段。

多层桨搅拌槽内的液-液分散特性

在直径为 0 4 76m的椭圆底圆柱形搅拌槽内 ,以水 /航空煤油及水 /环己烷为实验体系 ,研究了Rushton涡轮式搅拌桨 (RT - 6 )、六半椭圆管涡轮式搅拌桨 (HEDT)、折叶轴流式搅拌桨及翼形轴流式搅拌桨 (CBY)的 6种不同组合桨的液 -液分散特性 ,用取样法测定了分散相体积分数的轴向分布及体系澄清时间。结果表明 ,组合桨中的底桨在液 -液分散中发挥了主要作用。单位体积输入功率相同时 ,底桨为CBY的组合桨进行液 -液分散后 ,液滴的平均滴径最小 ,体系澄清时间较长 ;底桨为HEDT的组合桨的分散效果次之 ;底桨为RT - 6的组合桨因滴径分布较宽 ,虽然平均滴径最大 。

机械搅拌用于水处理中混凝过程的研究

以机械搅拌用于水处理中混凝过程为研究对象 ,在 0 .75 m× 0 .75 m× 1 m方形搅拌槽中 ,利用配制的两种污水 ,以 Al2 ( SO4 ) 3· 1 8H2 O为絮凝剂 ,采用三种不同直径的轴流式 CBY型搅拌桨 ,分别得出适用于快速混合过程及絮凝过程的机械搅拌操作参数 :( 1 )对于快速混合过程 ,搅拌桨直径增加 ,絮凝剂混匀所需输入功率增大 ;( 2 )对于三级絮凝过程 ,三级絮凝搅拌桨叶端线速度之比为3∶ 2∶ 1 ,第一级叶端线速度的适宜范围为 :1 .5～ 1 .8m/s;输入功率相同时 ,不同直径搅拌桨的絮凝效果相当 ;对于 CBY型搅拌桨 ,离底距离对絮凝效果影响不大。

物料粘度对多级搅拌釜混合特性的影响

在直径为 0 476m的间歇操作的搅拌釜中 ,用隔盘、环板将搅拌釜隔为两级 ,利用酸碱中和法测定水及甘油 (粘度分别为 0 0 72、0 111、0 5 2 2Pa·s)体系的混匀时间 ,并比较了粘度不同的物系对搅拌釜内级间轴向返混特性。结果表明 :相同搅拌转速下 ,物料粘度增加 ,搅拌釜内级间返混减小 ;但搅拌雷诺数相同时 ,物料粘度变化对多级连续搅拌釜内级间的返混程度没有影响。

搅拌槽内三维流场的数值模拟

应用商业计算流体力学软件CFX对搅拌槽内的流场进行了模拟 ,并与PIV测试结果进行了比较 ,流型吻合良好 .速度分量的对比结果表明不同情况与各种模型的吻合情况不尽相同 ,标准k ε双方程模型、RNGk

多层组合桨搅拌槽内气-液分散特性的研究

在直径为0.476m的椭圆底搅拌槽中,采用由六叶半椭圆管叶盘式涡轮桨(HEDT)及四叶宽叶翼型桨的上提(WHU)及下压(WHD)操作组合的六种不同的三层桨,研究了气-液两相体系中的通气功率变化及气含率特性,获得不同桨型的通气搅拌功率及气含率的关联式;结果表明,底桨为HEDT的组合桨通气功率下降幅度最小,相同输入功率时气含率最高,其次为WHD,WHU为底桨时气液分散性能最差。因此,适用于气液两相操作的优化组合桨应以HEDT为底桨。此研究结果可为工业用多层组合桨气液搅拌反应器的设计提供参考。

半椭圆管盘式涡轮搅拌桨气-液分散特性

在直径为0.476m的椭圆底搅拌槽中,采用半椭圆管盘式涡轮桨,研究桨径与槽径比D/T变化(分别为0.28,0.33,0.4及0.5)对气液两相体系中临界分散、通气功率和气含率的影响.结果表明,对于D/T较小的搅拌桨,采用由载气到气泛测得的泛点比气泛到载气测得的泛点明显滞后,但随D/T增大泛点滞后现象消失;在相同通气量下,D/T对相对功率需求(Pg/P0)的影响不大;功率消耗相同时,低通气量时气含率随D/T增大略有增大,但高通气量时恰好相反.研究结果及泛点、通气功率、气含率关联式对工业气液搅拌反应器设计操作具有参考价值.

搅拌槽内非牛顿流体流动场的数值模拟

对搅拌槽内非牛顿流体湍流流动的数值研究还很缺乏。文中尝试利用k ε模型计算了假塑性流体羧甲基纤维素钠 (CMC)水溶液在搅拌槽内的三维流动场 ,并与粒子成像测速 (PIV)法测得的实验结果进行了比较。计算结果表明 ,非牛顿流体CMC水溶液的宏观流动场与牛顿流体 (水 )的流动场有较大差异 ,主要是主体流动减弱 ,并在叶端附近形成涡旋流动。主体流动区内的速度分布与PIV测量结果吻合较好。剪切速率在槽内的分布相差较大 ,桨叶附近与槽壁处的剪切速率较大 。

多层桨搅拌槽内气-液两相局部气含率研究

在直径0.48 m的椭圆底搅拌槽中,研究了以半椭圆管盘式涡轮(HEDT)为底桨、上两层为四叶翼型轴流桨下压操作(WHD)的组合桨(HEDT+2WHD)在搅拌槽内沿径向和轴向的局部气含率分布及不同表观气速对局部气含率的影响。局部气含率沿轴向分布比较均匀,仅在底桨附近有一个极大值,其它位置局部气含率差异较小。随着表观气速增加,沿轴向的局部气含率普遍增大,说明气量增加会强化气液分散状况。通过与HEDT+2WHU的局部气含率分布对比表明,尽管两者平均气含率接近,但组合桨下压操作时的局部气含率分布较组合桨上提操作时均匀。通过PIV方法得到两种组合桨的液相流场分布,对局部气含率分布的差别进行了解释。

搅拌槽内不同桨型组合的气-液分散特性

在直径为0.476 m的椭圆底搅拌槽内,分别研究径向流桨(八弯叶涡轮CDT-8)组合、轴流式搅拌桨(四叶宽叶翼形WH桨)组合及混合流型组合桨(径向流的六叶半椭圆管盘式涡轮HEDT与三窄叶翼形桨CBY)的通气功率及气含率,并得到了相应的通气功率和气含率的经验关联式。结果表明:HEDT底桨配合CBY轴流桨的混合流组合桨的RPD值下降最少,轴向流组合次之,而径向流组合桨RPD下降最多;在相同的通气搅拌功率下,在低通气量时,轴向流组合桨的气含率最高,在较高的通气流量时,混合流及径向流组合桨的气含率相当,均高于轴向流组合桨。文中的研究结果可为工业多层桨气-液搅拌槽/反应器的优化设计提供参考。

改进PIV技术在测量搅拌槽内流场中的应用

简化了粒子成像测速技术 (PIV)的数据采集系统 ,通过AUTOCAD的二次开发 ,改进了PIV的图像处理。降低了成本 ,提高了测量精确度 ,并使之能适用于大尺寸、流质透明度较差的搅拌槽体系的流场测量。将改进PIV技术应用于搅拌槽内质量分数为 0 6 %CMC水溶液和清水流动场的测量 ,粒子图像清晰。

应用电导探针测定固－液两相流的局部速度

研制了用于测定固－液两相流液相局部速度的双电极电导探针，并在０．７５ｍ×０．７５ｍ×１ｍ方形固－液搅拌槽内测定了叶轮排出流区的速度分布。

高黏度流体混合研究进展

综述了近20年来高黏度流体混合领域的研究进展,阐述了文献中常用实验物系的选择、流变特性的描述及混合性能的研究评价方法等;介绍了高黏度物系搅拌混合设备的主要类型:立式、卧式及单轴、双轴等,以及各种形式搅拌混合设备的研究成果。指出今后仍需进行深入研究的领域:同轴异速、双轴异速、立式搅拌设备及卧式搅拌装置中的桨型优化及混合性能评价;CFD在高黏度混合领域的研究仍有待深入。