立式水力碎浆机内部浆料流场数值模拟及其新型槽体结构的研究(一)

以高效、节能、运行平衡安全为主要依据,在分析国内外现有专利和应用中的立式水力碎浆机槽体结构型式基础上,运用FLUENT软件对O形和D形2类槽体结构中浆浓5%的浆料流场数值模拟,得到两者内部流场的压力、流速和湍流强度的分布并进行对比分析。结果表明,传统O形和D形槽体结构内部流场均为垂直环流和水平旋流合成的漩涡流;传统O形内部流场对称、运行平衡稳定,但其高湍流强度区域局限于下部转子旋转区域附近,上部和下部流场湍流强度相差1159%,且顶部边缘处浆料圆周切向速度为0而缺乏碎解动力;D形槽体中心低湍流区域半径缩小到O形的13.0%,湍流强度明显增强,但浆料径向撞击槽壁致使比O形多造成22.7%的动能浪费,且内部流场不对称使设备运行缺乏平衡稳定性。

立式水力碎浆机内部浆料流场数值模拟及其新型槽体结构的研究(二)

基于国内外已有的相关专利和应用的立式水力碎浆机结构,提出了一种高效、节能和运行平衡稳定的新型鼓槽体结构;然后,运用FLUENT软件对新型鼓槽体内部浆浓为5%的浆料流场进行数值模拟,以得到其内部浆料流场的压力、流速和湍流强度的分布情况,并与O形和D形槽体进行分析对比;最后,通过小型碎浆装置碎浆实验验证数值模拟结果。实验结果表明,新型鼓槽体螺旋返流板立式水力碎浆机的结构特征为槽体采用鼓形结构,并且在槽壁上焊有反流向、45°螺旋线、间断排布、带凹槽的梯形截面返流板;椭球弧形收口和返流板的合力作用可将浆料同时向槽体中心和槽底转子区域推送,同时返流板附近湍流强度平均增强100%,有效提高了碎浆效率;倒锥体部壁面处的浆料速度为5 m/s,能够有效降低因径向撞击壁面造成的能量损失;碎浆过程中,鼓槽体的振幅有效值远低于具有不对称结构的D形槽体,保证运行时的安全性和稳定性。

内循环式浆料好氧发酵反应器的流场与传热分析及其参数优化

为研究内循环式浆料好氧发酵反应器内浆料的流动与传热特性,进一步优化反应器的工作参数,基于计算流体力学软件,通过单因素仿真试验,分别研究不同转速(60、120、180、240 r/min)对浆料循环效果的影响以及不同加热温度(45、50、55、60℃)在一定转速下对浆料升温的影响;并搭建小型试验台架,利用试验台架对导流筒出口处的流速分布和罐体壁面上的温度分布进行验证。试验结果表明:搅拌器的转速为120 r/min时,非搅拌区域浆料的速度区间为0.01~0.27 m/s,流速矢量波动较小,浆料具有更高的循环速率,搅拌器的单转循环流量为3.77 L/r;在壁面加热温度为55℃、转速为120 r/min工况下加热5 min,可使浆料平均温度从15.00℃上升至36.98℃,升温效果明显;实测结果与模拟结果表现出较好的一致性,流速实测值与模拟值的相对标准偏差为14.29%,温度实测值与模拟值的相对标准偏差为10.78%。