刚柔组合搅拌桨增强混合澄清槽内流体宏观不稳定性

流体宏观不稳定性可以反映流体轴向能量和质量的传递行为。为揭示刚柔组合搅拌桨(简称柔性桨)作用下混合澄清槽中油水液-液两相非稳态流动规律,采用频谱分析和小波分析组合法研究混合澄清槽内宏观不稳定性,并进行模拟验证。研究表明,柔性桨在转速低于250 r·min-1时,流体宏观不稳定频率与转速呈线性关系,而转速超过250 r·min-1,流体因界面卷吸行为吸入空气,宏观不稳定频率谱图呈现功率谱带,流场结构呈多尺度结构特征,流体宏观不稳定频率消失,液-液混合体系出现明显的乳化现象。与刚性桨相比柔性桨能增强宏观不稳定性,提高流体混合效率,强化能量传递行为。计算模拟发现,柔性桨能明显提高桨叶的抽吸能力,增强流体轴向运动的行为,避免流体过度搅拌,有利于流体澄清。

刚柔组合搅拌桨强化流体混合的流固耦合行为

传统刚性搅拌桨通过对流体的剪切作用实现能量的传递,而刚柔组合搅拌桨可通过其多体运动行为强化能量传递。基于搅拌桨桨叶与流体之间的耦合运动作用,结合ANSYS Workbench仿真平台,采用双向流固耦合方法,模拟计算了刚性搅拌桨与刚柔组合搅拌桨桨叶的等效应力和总变形量,研究了流场的宏观结构;并通过测定混合时间和计算搅拌桨功耗对比分析了两种不同搅拌体系的混合行为。结果表明:刚柔组合搅拌桨使体系的混合时间缩短了近32%,搅拌桨功耗下降了7%,其桨叶尖端的变形量是刚性搅拌桨的105倍,其应力比刚性搅拌桨增加了83%;与刚性搅拌桨相比,刚柔组合搅拌桨在流固耦合作用下对流体的作用力更大,能够更好地传递能量,增强流体运动,强化流体混合。

双层刚柔组合搅拌桨调控流体宏观不稳定性行为

流体宏观不稳定性是搅拌槽内流体流动存在大尺度低频非稳态准周期现象,可以影响流体的能量﹑质量的传递行为。为揭示在双层组合桨作用下搅拌槽内流体的非稳态流动规律,实验采用频谱分析和流场可视化技术研究双层组合桨搅拌槽内自来水体系的宏观不稳定性,对比分析了双层刚性桨和双层组合桨对流体混合的影响。结果表明:直径为T的搅拌槽内流体宏观不稳定频率与转速呈线性增大趋势,在转速为180 r·min-1时离底距离0.25T刚柔组合桨体系的宏观不稳定性频率消失,出现谱带现象,流场呈现多尺度结构特征,而离底距离为0.33T和0.5T的刚柔组合桨体系的宏观不稳定性频率分别为0.5096 Hz和0.3459 Hz。双层组合桨体系分别使流体的混合时间缩短了22.5%和35%左右,减小离底距离,可使流场的规则区减小。双层刚柔组合桨调控流体宏观不稳定性,强化流体的能量传递行为,从而缩短混合时间,提高了流体的混合效率。

溶液中五价钒和六价铬的分离方法探究

钒和铬由于性质相似,经常以共生的方式存在,工业中难以将其有效分离。本文以钒酸钠(NaVO3)和重铬酸钾(K2Cr2O7)为主要实验原料进行溶液状态下五价钒和六价铬离子分离的探索实验。实验结果发现,在pH=1.79,反应温度90℃,反应时间60min时,添加剂X可以选择性沉淀钒(沉淀率达到94.41%),而铬仍残留在溶液中,实现了钒和铬的有效分离。

生物炭还原五价钒的行为研究

针对钒化合物随价态升高毒性增加,且其对环境造成的危害也增大的现状,研究采用生物炭对其进行还原实现无害化处置。试验研究了生物炭用量、反应温度、硫酸浓度、反应时间等反应参数对钒还原率的影响。结果表明:五价钒在酸性条件下主要以VO2^(+)、H_(3)V_(10)O_(28)^(3-)和H_(2)VO_(4)-的形式存在,在短时间内可以被生物炭还原成低价。在合适的反应条件下,即:钒的初始浓度为3 g/L,生物炭用量为3 g,反应温度为90℃,反应时间为60 min,硫酸浓度为20 g/L和搅拌转速为500 r/min,钒的还原率可达92.14%。在生物炭将五价钒还原的过程中不会引入其他杂质,该方法进行技术改良后在实现五价钒无害化的同时还可以用来制备低价钒化合物。