固-液搅拌槽内颗粒离底悬浮临界转速的CFD模拟

使用计算流体力学 (CFD)软件FLUENT对固 液搅拌槽内颗粒离底悬浮临界转速进行了CFD数值模拟。搅拌槽直径T =5 0 0mm ,四块挡板均布 ,搅拌桨为标准六直叶涡轮桨。两相物系为石英砂 水 ,固体体积分数为5 %。文中使用不同的方法作为颗粒离底临界悬浮的判据 ,推算出颗粒离底临界悬浮转速Njs,计算得出的Njs值和文献数据比较有较好的一致性。同时研究了搅拌槽内的固体浓度分布和固、液两相的速度分布 ;比较了

声波测量在搅拌釜中固体颗粒临界悬浮转速测定的应用

基于声发射测量技术,结合声信号的频谱分析、小波分解和R/S分析,获得了代表颗粒运动的特征信号频段(d1、d2频段)。同时,根据声波特征信号频段能量随搅拌转速的规律性变化,以固体颗粒碰撞壁面产生信号高频区域的声能量分率值为特征参数,提出了搅拌釜临界悬浮转速的测量判据,即声能量分率快速减少并开始趋于稳定时所对应的搅拌转速为临界悬浮转速。以水-玻璃珠体系为例,与目测法相比,声波法测量值的平均相对误差为3.51%,具有较高的精度。利用经典的Zweitering临界悬浮转速计算公式对声波法测得的实验数据进行拟合,计算值与测量值之间的平均相对误差为3.17%,表明公式对于临界悬浮转速的计算具有较高的准确性。由此获得了一种快速、准确、安全的搅拌釜反应器临界悬浮转速测量技术,有利于工业生产流程的优化和控制。

高固含搅拌槽内临界离底悬浮转速的数值模拟

使用计算流体软件CFX5.5.1对固液搅拌槽内颗粒的临界离底悬浮转速进行了数值模拟.搅拌槽直径D=0.476m,搅拌桨为三叶CBY螺旋桨.桨叶安装高度h=D/3.固液两相为玻璃珠-水,固体体积浓度为15%～50%.对临界离底悬浮的速度判据进行了修正,并利用浓度判据与修正的速度判据得到颗粒临界离底悬浮转速Njs,模拟计算结果与实验数据的误差在工业允许的范围内.同时,对临界离底悬浮状态槽底部不同浓度下的流体湍流动能的分布情况以及大小进行了预测,并对2种固体临界离底悬浮机理进行了验证.

磷酸反应槽内临界离底悬浮转速的CFD模拟

使用计算流体软件Fluent对磷酸反应槽内颗粒的临界离底悬浮转速进行了数值模拟.搅拌槽直径.T=0.5m,四块挡板均布,搅拌桨采用45°斜叶桨.两相物系为磷石膏—硫酸,固体体积百分比浓度φ=4.65%.使用浓度判据得到颗粒离底临界悬浮转速NJS,模拟计算结果的误差在工业允许的范围内.模拟得出搅拌槽中液体的流动状况和固体体积分数的分布;同时对6个不同搅拌转速下的固体颗粒悬浮状况进行比较,得出均匀悬浮临界转速.

基于Hilbert-Huang变换的搅拌釜临界悬浮转速的声发射测量

基于声发射测量技术,结合Hilbert-Huang变换(HHT),分析搅拌釜壁声发射信号,获得了代表浆液运动的特征频段(20～230kHz),以特征频段对声信号进行重构。同时,以重构信号能量为特征参数,根据其随搅拌转速的规律性变化,提出了搅拌釜临界悬浮转速的测量判据,即重构信号能量由上升转向平稳时所对应的搅拌转速为临界悬浮转速。与目测法相比,该方法平均相对误差为3.83%,具有较高的精度。进一步,发现外循环加强了搅拌釜内轴向流动,有利于固体悬浮,从而使临界分散转速变小,并建立了外循环搅拌釜临界悬浮转速的预测关联式,平均相对误差为5.78%。由此获得了一种快速、准确、安全的临界悬浮转速的测量技术,有利于工业生产流程的优化和控制。

无挡板搅拌槽内固液悬浮的试验

在直径为0.34 m的无挡板平底圆筒搅拌槽内,采用PBT和ZHX两种搅拌桨对固相体积分数为20%的玻璃微珠-水固液两相体系的悬浮特性进行试验研究.采用固体激光器和数码相机分别研究了搅拌桨离底间距和桨型,以及偏心搅拌时偏心率对固相颗粒的悬浮状态与悬浮临界转速及功率消耗的影响,得出了无论是同轴搅拌还是偏心搅拌,搅拌槽底部边缘角落区的颗粒都不能沿周向同时悬浮.搅拌桨离底间距较低有利于颗粒的悬浮,所耗功率愈小,在相同工况下固相颗粒的悬浮效果PBT型桨优于ZHX型桨,偏心搅拌时,颗粒悬浮临界转速和功率消耗均较同轴时的大,且随偏心率的增加而增大,因而,对高浓度固液两相体系的悬浮混合不宜采用偏心的搅拌装置操作.

偏心搅拌槽内颗粒悬浮特性的试验研究

利用固体激光发生器和扭矩仪对固体颗粒体积浓度为5%的偏心搅拌槽内颗粒的悬浮特性进行试验研究,分析了偏心率、转速和桨叶离底高度对临界悬浮转速、功率消耗和混合时间的影响。研究发现,偏心搅拌能改善颗粒分布效果,降低混合时间,并提高颗粒的临界悬浮转速和功率消耗。

无挡板搅拌槽的固液悬浮特性

采用PC-6D浓度测量仪研究了无挡板Rushton桨搅拌槽内石英砂-水两相体系的固液悬浮过程,测量了不同桨叶安装高度和桨径比时的临界悬浮转速,分析了桨叶安装高度、桨径比以及搅拌转速对固相浓度分布和功率消耗的影响。结果表明,无挡板时的临界悬浮转速和功率准数比有挡板时小,且随桨叶安装高度的增大而增大,随桨径比的增大而减小;对于无挡板固液悬浮,C=T/5、D=T/3时的悬浮性能最好,增大桨径比和搅拌转速均不能明显改善固液悬浮效果。

搅拌槽内固液悬浮特性的试验研究

在直径为300 mm的平底圆筒搅拌槽内,对固相体积分数为1%～40%的固液两相体系的悬浮特性进行试验研究。利用固体激光器和数码相机,采用可视化方法详细分析固相体积分数、搅拌转速、颗粒性质和叶轮离底间隙对悬浮特性的影响。结果表明,悬浮高度主要受固相体积分数、颗粒直径和叶轮离底间隙影响;壁面颗粒堆积高度主要受叶轮离底间隙影响;槽底面中心区域和边缘角落区域是颗粒不易悬浮区,叶轮离底间隙和固相体积分数对槽底面何处颗粒最后悬浮有影响;较低的叶轮离底间隙有利于颗粒的悬浮,能获得较高的悬浮高度,但过低的叶轮离底间隙造成搅拌功率增大;壁面颗粒堆积高度降为零时的搅拌转速和悬浮高度达到液面高度85%时的搅拌转速均可视为固液悬浮操作的完全离底临界悬浮转速。

偏心搅拌槽内高浓度浆液颗粒的悬浮特性

以直径为0.34 m的无挡板平底圆筒形搅拌槽为研究对象,对偏心搅拌槽内高浓度浆液中颗粒的悬浮特性进行了数值研究,分析了45°的4斜叶开启涡轮式搅拌桨(PBT)和3窄叶整体板式螺旋桨(ZHX)2种桨型在不同偏心率和转速时,搅拌槽内的流型分布、颗粒体积分数分布、完全离底临界悬浮转速以及功率消耗,并与试验结果进行了对比.结果表明:对于高浓度浆液,偏心搅拌打破了中心搅拌时流场结构的对称性,提高了流体的轴向循环能力,颗粒悬浮效果优于中心搅拌;固体颗粒的悬浮效果与搅拌桨在槽内的偏心位置有关,当偏心率E=0.4时颗粒悬浮效果最佳,但偏心搅拌会增大颗粒的完全离底临界悬浮转速和设备的功率消耗,不利于节能降耗.

侧伸式搅拌槽固液悬浮性能

采用φ2m×4.2m侧伸式搅拌槽,研究了搅拌桨安装位置、通气速率、固体颗粒浓度和液位高度对侧伸式搅拌槽颗粒悬浮性能的影响.结果表明,搅拌轴水平偏转角对功率准数的影响很小,均布式为侧伸式搅拌槽搅拌桨的最佳排布方式,最佳偏转角βopt=10o;临界转速NJS最小值出现在搅拌桨伸入长度/搅拌桨直径比L/d=1.44处;降低搅拌桨安装高度h为0.75d左右,相比于传统的h=1.5d可减少约30%能耗;液位高度/搅拌槽直径比H/T<0.5时,NJS随H的升高而迅速增大.得到了通气量QV与NJS的关系式NJSG-NJS=1.46QV1.15和固相浓度ω对NJS影响的关系式NJS∝ω0.27.

固-液导流筒搅拌槽内流体流动和颗粒悬浮特性

在直径0.8m的导流筒搅拌槽内,对单相液体的三维速度分布、固-液两相的固体颗粒浓度分布和离底悬浮特性进行了系统的实验研究.结果表明,导流筒内外的轴向液相速度远大于径向和切向速度,导流筒外壁附近存在一个与主体轴向流动方向相反的二次流区域;搅拌槽底部结构对固体颗粒的临界离底悬浮转速(NJS)有显著的影响,浅锥底的NJS比平底的低14%以上;NJS随固相浓度的增加而增加,但当浓度超过50%时,NJS略有降低;槽内固相浓度分布的均匀性随固相浓度的增加而得到改善.本研究结果对导流筒搅拌槽的优化设计具有一定的指导意义.

制备生物柴油反应釜内固液悬浮特性数值模拟

针对利用固体酸催化剂制备生物柴油反应釜内固液混合均匀性问题,选择了具有不同叶轮组合的双层搅拌桨:上层叶轮为A200下层叶轮为A100(A1)和上层叶轮为A100下层叶轮为A200(A2)。基于计算流体力学(CFD)方法,采用Mixture多相流模型对固体酸粒子在反应釜内固液悬浮特性进行数值模拟,获得两种桨结构反应釜内固体酸粒子完全离底的临界悬浮转速,并考察不同工况对反应釜内固体酸粒子速度、浓度分布及均匀性影响。结果表明:相同粒径条件下,A1反应釜中粒子的临界悬浮转速小于A2反应釜;提高搅拌转速、减小粒子粒径有利于提高固体酸粒子运动速度,体积分数对固体酸粒子速度的影响较小;当搅拌转速、粒子粒径和体积分数分别为980 r/min、0.3 mm、0.75%时,A1反应釜内固体酸粒子浓度分布的标准偏差较A2而言,下降了4.25%、4.25%、2.58%,说明搅拌桨A1对釜内固体酸粒子分布的均匀性优于搅拌桨A2。

磁悬浮支承转子系统的动力学特点

介绍了采用主动磁悬浮支承的转子系统动力学特性,说明了与传统轴承转子系统动力学相比的异同点,给出了一种分析计算以主动磁悬浮支承的转子系统动力学特性的方法.该方法包括系统临界转速的计算以及对应的振动模态分析方法.最后给出了部分分析计算和实验的结果.

新型自吸式多相搅拌槽临界悬浮特性的实验研究

在不通气的情况下,对新型多相搅拌槽进行实验,得出了其固相含量ω、颗粒密度ρ、搅拌槽内径D与临界悬浮转速Nc的关系,在相同条件下,与给定结构尺寸的标准搅拌槽对比了临界悬浮转速.结果表明,Nc随固相分率增加和粒径dp增大而增大,不利于达到良好的悬浮效果;固相颗粒密度越大,临界悬浮转速随之增大;槽径增大使达到悬浮状态的临界转速降低.该新型搅拌槽临界悬浮转速的关联式是N0.21c=6.3dp(gΔρ/ρL)0.45ω0.19/D0.55;同一固相分率下,新型多相搅拌槽的临界悬浮转速比标准搅拌槽降低了30%,在较低转速下就能使颗粒悬浮.

煤浆槽搅拌器异常晃动分析处理与优化

针对水煤浆气化工艺煤浆制备单元中大煤浆槽搅拌器异常晃动的问题,从搅拌器的运行状态、设计选型、同类设备对比等方面进行了分析论证。结果发现,搅拌器机型与煤浆槽几何尺寸的不匹配,是导致大量煤浆沉积继而引发搅拌器异常晃动的根本原因。为了维持生产的连续性,采取了在煤浆槽底部通入压缩空气进行扰动的应急措施,同时提出了对搅拌器进行重新设计选型的优化升级方案。

矿浆搅拌液固两相流固体颗粒运动影响因素研究

在矿浆搅拌过程中,临界离浮转速与叶轮离底间隙、粒径、砂粒密度、桨径、叶片倾角、矿浆固相浓度等诸多因素有关。本文选择了其中的叶轮离底间隙、叶片倾角、桨径、固相质量分数等为参数,分析这些参数对临界悬浮转速的影响,拟合临界悬浮转速与各个参数间的函数关系,为固-液搅拌设备的设计、性能优化提供依据。试验结果表明,较低的叶轮离底间隙、较大的叶片倾角、较低的固相质量分数和较大的桨径有利于固相的悬浮,对应的临界悬浮转速Njs较小。通过Matlab拟合得到了临界悬浮转速与各个参数之间的对应关系,关系式为N_(js)=211·D^(-1.400)·C^(0.208)·X^(0.278)·θ^(-0.426)。该试验结果对矿浆搅拌槽的工业应用具有实际的指导意义。

搅拌槽内废树脂-水混合特性数值模拟

为了研究核电站搅拌槽内废树脂-水两相流动,并讨论叶轮在不同安装高度和不同转速下对搅拌槽内流场的影响规律。利用计算流体力学的方法研究了搅拌槽内固液搅拌体系中的流场、固体颗粒分布、悬浮临界转速以及叶轮功率消耗情况。研究结果表明:固体颗粒易在叶轮下方倒锥体区域及槽底靠近壁面区域堆积,且叶轮安装高度过高或过低均不利于颗粒的悬浮和分散。叶轮转速对功率消耗影响较大,相同转速下,功率随叶轮离底高度的增加呈现先增加后减小的趋势。

物料性质对搅拌混合影响的数值模拟研究

临界悬浮转速和搅拌功率是评价搅拌设备的重要指标。本文采用采用多重参考系法(multiple reference frame,M R F)和欧拉多相流模型,对不同的物料在六平直叶圆盘涡轮式桨叶搅拌槽的临界悬浮转速以及搅拌功率进行数值模拟,得到了搅拌槽内的宏观流场、临界悬浮转速以及搅拌功率等,采用试验值与文献值对数值模拟进行验证。结果表明:对于4挡板的六平直叶圆盘涡轮式桨叶搅拌槽其内部主要由四个循环流构成;增大矿浆浓度会导致局部液相速度降低;并且物料的直径、密度以及含固率的增大将导致搅拌槽的临界悬浮转速以及搅拌功率的增加。

不同挡板数搅拌槽内流场模拟

利用计算流体动力学方法对双层圆盘涡轮搅拌槽内固-液两相流的流场进行数值模拟。分析了不同挡板数对液相速度分布的影响,并研究了挡板对固液悬浮的影响。模拟和研究结果表明,均布4块挡板的搅拌槽流型与有关文献吻合良好。4块挡板时的径向和轴向速度较大,无挡板时的切向速度较大,最小固液临界悬浮转速为31.3r/min。研究结果可为搅拌槽内固-液两相流的工程应用提供理论依据。