双层涡轮桨搅拌槽内混合过程的数值模拟

采用FLUENT软件对双层六直叶涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟,选用RNG标准κ-ε模型及多重参考系法(MRF),通过改变网格策略,增加网格数量,并降低浓度收敛残差的方法,将速度场与浓度场方程分开求解,预测了不同的加料点、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:搅拌功率的模拟值与实验值吻合良好,但由于模型基于各向同性的假设,且双层六直叶涡轮桨两桨之间子域的存在,混合时间的模拟结果与实验值有较大的误差。

双层直斜叶及其组合桨搅拌槽三维流场数值模拟

采用计算流体力学的方法,对双层六直叶涡轮桨、双层六斜叶涡轮桨以及双层六直斜叶交替涡轮桨搅拌槽流场进行研究。利用Laminar层流模型对其在甘油与水的混合物中产生的流场进行数值计算,得到三种不同结构形式的双层桨以恒转速200 r/min在搅拌槽内转动时所产生的流场结构,对比分析轴向、径向和周向的速度矢量图、速度云图以及速度分布曲线,为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了理论依据。

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.

双层桨气液搅拌反应槽气液分散特性

采用搅拌功率与氧传质系数方法,对一双层桨搅拌反应槽的自吸分散和表面充气分散性能进行研究。比较了两种桨叶组合在两种分散方式下的气相分散临界转速、搅拌功率及两种桨叶组合自吸分散时的气含率和气液传质系数。结果表明,六叶圆盘直叶桨和六叶圆盘斜叶桨的组合在自吸分散时具有较优的分散性能。

双层翼型桨搅拌槽内流动特性的PIV研究

在直径0.476m的搅拌槽内,采用粒子图像测速技术对双层三叶CBY翼型桨搅拌槽内的流场进行了研究,考察了层间距、浸没深度和离底高度等参数对流场分布的影响.结果表明,层间距H_2≤0.6T(T为搅拌槽直径)时,槽内可形成整体的轴向循环流动,H_2≥0.7T时槽内将产生分区流动现象.浸没深度对桨叶排出流区域的速度影响很小.降低下层桨的离底高度能加强下层桨的径向流动,并增大上层桨叶轮区和循环区流体的轴向流动.

Rushton桨搅拌槽内平均流场的二维PIV试验研究

用粒子图像测速技术(Particle image velocimetry,简称PIV)对带有Rushton桨叶的,无挡板搅拌槽内的流场进行研究。在叶轮转速240 r/min下,流动的雷诺数Re=1 527时,获取了桨叶处以及桨叶转过5个不同角度处的粒子图像。在对粒子图像进行处理和计算后,得到了相平均速度场和系综平均速度场,并给出了速度分布剖面图。结果表明,所研究的Rushton桨搅拌槽内径向喷射流动沿桨叶垂直方向是非对称的,而是向下方倾斜。在桨叶附近,径向流动速度高。随着流动远离桨叶,径向速度在降低。因此径向喷射流动作用就相当于自由射流:叶轮桨叶喷射出的流体进入周围大量低速运动的流体中,卷吸周围流体,并沿轴向和径向扩散,从而使更多的流体参与混合和反应。所作研究对于深入了解搅拌槽内流场结构具有实际意义。

采用粒子图像测速技术对低雷诺数下双层CBY桨搅拌槽内流场的研究

采用粒子图像测速技术(PIV)对双层CBY桨搅拌槽内的流动特性进行了研究。在雷诺数(Re)为38～228的范围内,考察了Re和桨叶层间距对槽内流型的影响规律,同时采用扭矩传感器研究了Re对功率特性的影响。实验结果表明,功率准数随Re增大逐渐降低,桨叶层间距改变对功率准数影响较小;随Re增大,轴向速度较高的区域向槽壁偏移,无因次化速度数增大,下层桨端部上方出现漩涡,且漩涡宽度变窄;桨叶层间距/桨叶直径为0.4是临界层间距,小于该值可实现槽内物料的整体循环,否则两层桨问的流动出现分离。这对低Re下搅拌设备的设计和优化具有一定的参考意义。

偏心率对双层搅拌桨偏心搅拌槽内流场的影响

偏心搅拌大都集中在对单层桨叶搅拌槽的研究,对双层的研究很少且集中在数值模拟研究,文章利用粒子图像测速技术对轴偏心搅拌釜内流场进行实验研究。分析了不同偏心率对搅拌槽内宏观流场的影响,探讨了桨间轴向位置处无因次化径向和轴向速度的分布。结果表明:搅拌槽内的速度最大值并不是随着偏心距的增大而增大;当偏心率e分别为0.1和0.2时,可以提高径向速度的分布区间;当偏心率e>0.2时,内部存在一些漩涡导致速度波动比较大,这种流体趋势并不有利于筒体内部流体的混合。研究结果对双层桨偏心搅拌器的设计具有指导意义。

双层改进型INTER-MIG桨偏心搅拌槽内流动特性PIV研究

在内径T=420mm的圆柱搅拌槽内,采用粒子图像测速技术对湍流状态下双层改进型INTER-MIG桨偏心搅拌槽内的流场进行研究,考察了相对层间距C2/H和雷诺数Re等参数对流场内流动特性的影响,同时利用扭矩传感器研究了Re对功率特性的影响。实验结果表明,当C2/H=0.148~0.400时,总的轴向速度分布随着C2/H的增大逐渐趋于正态分布;当C2/H=0.300时,两桨间的连接流最明显;当C2/H≥0.400时,槽内产生分区流现象;当Re=(3.75~9)×104时,功率特征数NP随Re增大逐渐降低;当Re≥9×104时,NP趋于稳定。

偏心空气射流双层桨搅拌反应器流场结构的分形特征

搅拌槽内流场分为混沌混合区和隔离区。为提高搅拌槽内流体的混合效率、降低搅拌过程的能耗,调控流场结构特征是重要的途径。结合图像处理软件,实验研究了偏心空气射流双层桨搅拌槽内空气-水体系的流场结构分形维数的变化规律。实验结果表明,流场结构分形维数受搅拌转速和空气流速的共同作用;偏心空气射流能改变流场结构分形维数,使流体混沌混合特性增强;机械搅拌转速增大,能改变射流场的拟序结构,提高气液混合效率。

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。

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。

一种计算搅拌槽混合时间的新方法

基于对混合时间定义的思考,提出了一种新的定义方法,在湍流流场数值计算的基础上通过求解示踪剂的浓度输运方程,研究了单层涡轮桨搅拌槽内的混合过程。结果表明:搅拌转速和搅拌桨安装位置都影响混合时间的大小,而进料位置对混合时间的影响不大。对于不同的搅拌转速而言,随搅拌转速的增大,相同体积分数对应的混合时间逐渐减小。当搅拌桨安装在槽中间位置时所对应的混合时间最小。利用适宜的尺寸和安装位置的导流筒可有效降低混合时间。

Φ4.0×4.0m精石灰搅拌槽改造实例

城门山铜矿选矿厂精石灰搅拌槽因设计不合理,导致搅拌混合效果差,沉槽严重,槽底结钙以及管路堵塞现象时常发生。通过增加桨叶直径,采用双层桨叶,同时对槽体结构进行优化,解决了Φ4.0×4.0m精石灰搅拌槽搅拌能力不足,沉槽严重等问题。

Particle Image Velocimetry Study of Turbulence Characteristics in a Vessel Agitated by a Dual Rushton Impeller

粒子图象 Velocimetry (PIV ) 被用来在搅动的容器充满了到 0.67 m 的液体高度(H = 1.4T ) 的 0.48 m 直径调查骚乱特征。煽动者有 0.19 m 直径(D = 0.4T ) 的双 Rushton impellers。发达流动模式在液体表面下面在容器，在二 impellers 之间的间距，和上面的 impeller 的 submergence 的底上面取决于更低的 impeller 的清理。他们的联合能产生三个基本流动模式，命名、平行、合并并且分叉的流动。速度测量的结果证明在 impeller 喷气流动区域的流动特征几乎不为不同位置变化。平均速度，落后于旋涡并且砍为三个流动模式的紧张率分布被使用 PIV 测量技术。后面的旋涡和它的轨道的特征为那些三个流动模式详细被描述。因为 PIV 的空间决定能仅仅到达亚格子而非 Kolmogorov 规模，大旋涡的 PIV 分析被用来估计狂暴的动能驱散的分发。在合并流动的狂暴的动能和驱散率的分布的比较证明最高狂暴的动能和驱散两个都位于旋涡区域，但是最大值在在片后面的有点不同的地点。大约 37% 全部的精力在双 impeller 喷气流动区域被驱散。获得的分发砍为合并流动的紧张率类似于骚乱驱散，在比在另外的区域高得多的后面的旋涡附近与 shear 紧张评价。

Investigation of Fluid Flow in a Dual Rushton Impeller Stirred Tank Using Particle Image Velocimetry

在双 Rushton impeller 的流动地与 0.48 m (T) 的直径搅动了坦克被使用粒子图象 Velocimetry (PIV ) 测量。三不同尺寸 impellers 分别地与 D = 0.33T， 0.40T 和 0.50T 的直径在实验被使用。多块和 360 掳平均整体的途径被用来测量光线、轴的解决角度的速度分布。三个典型流动模式，命名、合并流动，平行流动和分叉的流动，被在坦克底(C1 ) 和在二 impellers (C2 ) 之间的间距上面改变底部 impeller 的清理获得。结果证明当 C1 等于 D 时，平行流动作为 C2 鈮? .40T ， C2 鈮? .38T 和 C2 鈮? .32T 发生，合并流动与 D=0.33T ， 0.40T 和 0.50T 的直径为 impellers 作为 C2 鈮? .38T ， C2 鈮? .36T 和 C2 鈮? .27T 发生，分别地。当 C2 等于 D 时，分叉的流动为所有三 impellers 发生在 C1 鈮 ?.15T 的价值。这些 impellers 的流动数字为平行流动被计算。更低的 impeller 为分叉的流动产生的后面的旋涡被 10 掳看解决角度的速度大小。骚乱动能的山峰值(k/V2tip = 0.12 ? 0.15 以上) 沿着排出的 impeller 的中心出现流。

Flow Field Around Rushton Turbine in Stirred Tank by Particle Image Velocimetry Measurement

In this paper, particle image velocimetry (PIV) was used to measure the mean and root meansquare(RMS) velocity in the stirred tank with six-flat blade Rushton turbine and with no baffles. Two typesof motion patterns were studied. One was that the impeller runs at constant speed, the other was that the impellerruns at time-dependent speed and in a periodic way. The emphasis of the paper was on the comparison of meanand RMS velocity vector maps and profiles between these two types of motion patterns, and especial attention waspaid to the comparison of the mean velocity, time-averaged RMS velocity, phase averaged RMS velocity betweenthe constant 3 RPS (revolution per second) and time-dependent operation. The Reynolds number was between 763and 1527. The study explained the mechanism that time-dependent RPS is more efficient for mixing than that ofconstant RPS.

不同组合桨搅拌槽内非牛顿流体的微观混合特性

在直径0.282m的搅拌槽内,以羟乙基纤维素(HEC)水溶液为工作体系,以磷酸盐-碘化物-碘酸盐平行竞争反应为模型反应,比较了非牛顿流体体系中向心桨、Rushton桨、三斜叶桨的功率准数,考察了加料时间、桨型及双层桨组合对微观混合效果的影响。结果表明,随功率增大,功率准数基本不变,Rushton桨功率准数最大,是向心桨的两倍、斜叶桨的四倍。随加料时间增大,离集指数先减小后不变。在实验考察范围内,单位体积功耗相等的情况下,单层桨微观混合效果的顺序为Rushton桨>向心桨>斜叶桨,双层桨中高剪切的Rushton桨与强循环的斜叶桨组合的微观混合效率最高。

错位Rushton桨的水动力学特性

为了揭示错位Rushton桨的混合机理,采用计算流体动力学方法,对层流和湍流水动力学特性进行了研究.首先通过与文献中实验结果的比较,验证了所建数值模型及模拟方法的可靠性,然后重点分析了错位桨搅拌槽内的尾涡、流场和搅拌功耗.结果表明:与标准Rushton桨相比,相同转速时,错位桨能减小尾涡尺寸,降低搅拌功耗,而且桨叶宽度越小越有利,但过低的桨叶宽度不利于增大流体速度及速度分布的均匀程度.相同搅拌功耗时,桨叶宽度为3 D/20和D/5(D为搅拌桨直径)时错位桨的搅拌效果明显优于标准搅拌桨,两者对流体速度提高的幅度相当,但桨叶宽度为3 D/20时的尾涡尺寸小,故为推荐桨叶宽度.

柔性Rushton桨的振动特性

为了避免柔性Rushton桨的共振现象,研究搅拌桨的固有频率。采用试验测试的方法,研究该桨在静止及不同转速时的时域特性,并基于快速傅里叶变换法,得到频域特性。结果表明:静止状态下柔性叶片的振动能量主要集中在1~7 Hz的频带上,不同转速时柔性叶片的振动能量主要集中在各自峰值对应的频带上,其中在47~52 Hz的频带上,试验测量的各转速数据均有加速度峰值分布。在转速为2.5 r/s时,加速度幅值明显增大,主振频率等于固有频率2.5 Hz,可判定此时发生共振。因此,通过试验测试得到共振转速的方法,可为柔性桨合理选择转速提供依据。