双层组合桨中心及偏心搅拌三维流场的数值模拟

利用计算流体力学的方法,采用Laminar层流模型对双层六直斜叶交替组合桨在甘油与水的混合物中进行中心及偏心搅拌的三维流场进行数值计算,得到了组合桨以恒转速200r/min在搅拌槽内转动时所产生的3种不同流场结构,对比分析了速度矢量图、速度云图以及轴向、径向和周向速度分布曲线,为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了依据。

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。

双层桨搅拌槽内局部气液分散特性研究

采用电导电极探针法对双层组合桨搅拌槽内局部气含率分布规律进行了研究.结果表明,在槽底区和叶轮区,局部气含率沿径向分别增加和减小;而在其他区域,局部气含率沿径向先增加后减小.随着通气量的增加,槽内大部分区域的局部气含率增加,槽底区的局部气含率减小;随着搅拌转速的增加,上循环区局部气含率基本不变,其他区域的局部气含率增加.采用标准方差法对局部气含率分布的均匀性进行了分析.随着通气量的增加,搅拌槽内局部气含率分布均匀性减小,但减小的趋势变缓,并最终趋于不变.随着搅拌转速的增加,局部气含率分布均匀性增加,达到一定搅拌转速后趋于不变.实验回归了大通气量下平均气含率随通气量和单位体积液体功率消耗的关联式.

偏心组合桨搅拌槽内层流混合过程的数值模拟

目前,处理高黏流体和对剪切敏感介质的层流搅拌槽的报道并不多见。本文建立了描述双层组合桨搅拌槽内高黏非牛顿流体层流流动、混合过程的数学模型,利用Laminar模型、多重参考系法(MRF)和示踪剂浓度法对其流场特性、示踪剂扩散过程进行数值模拟,分析搅拌槽内轴向速度曲线、示踪剂浓度响应曲线和混合时间。结果表明:中心搅拌中间面将介质阻隔在各自的半层内运动,偏心搅拌介质作全局运动,轴向混合能力突出;转轴中心搅拌依靠上下半层浓度差的增大向下扩散,转轴偏心搅拌通过不对称结构扩散示踪剂,叶轮相对转轴偏心搅拌则利用叶片的不对称分布;距离加料点较近和较远的监测点浓度响应曲线因振荡和调整,混合时间较长,处于中间面的监测点拥有最短的混合时间。

叶轮转速对搅拌器内部气液两相流动特性的影响

应用计算流体力学(CFD)对Rushton桨-四斜叶桨双层组合桨进行数值模拟,采用ANSYS ICEM CFD建立模型网格,Fluent设置求解,CFD Post进行后处理操作,通过气含率分布图、液相流线图分析了转速对气液两相流动特性的影响。并且分析了不同转速下力矩和轴功率的变化。结果显示:随着搅拌器转速的增加,气相分布越加均匀,液相混合度也随之增加。在低速搅拌时,气相分布相对较为集中,气相和液相混合度较低。而在高速搅拌时,气相分布均匀度提高。