异形喷嘴撞击流混合器涡特性及混合性能数值模拟

为了研究撞击流混合器不同形状喷嘴的流场涡特性及混合效果,利用数值模拟方法对不同工况下的流场进行分析,得到不同喷嘴撞击流混合器的速度场、涡量场、涡结构以及浓度变异系数的变化规律,揭示不同形状喷嘴对撞击流混合器混合效果的影响。结果表明:喷嘴出口截面为圆形、等边三角形和正方形的撞击流混合器轴向速度为“V”形分布;喷嘴截面为圆形和正方形的撞击流混合器径向速度为“M”形分布。等边三角形截面喷嘴的撞击流混合器产生的流向涡数量多、强度大并且产生的涡旋结构的连续性更高,分布范围更广。相同工况下等边三角形截面喷嘴的撞击流混合器混合效果明显优于圆形喷嘴和正方形喷嘴混合器,最快达到混合均匀。

螺带几何参数对反应釜内混合性能的影响

为提高螺带式搅拌器的混合性能,基于均匀试验设计方法对偏心式和对心式螺带搅拌器进行方案设计,通过数值模拟对各方案进行计算和分析,选取最优方案并与原始方案的混合时间、混合效果、功率以及单位体积混合能进行对比。结果表明:偏心式螺带搅拌器相较于对心式的混合时间减少1.25~17.5 min,但其混合效果降低2.1%~9.1%;对心式螺带搅拌器相较于偏心式消耗功率高0.02~0.53 kW,单位体积混合能高120~931 kJ/m^(3);螺带数5条、螺距1200 mm、转速35 rad/min的对心式螺带搅拌器为最优方案,其混合效果与原始方案相比提升8.5%,混合时间减少20 min,消耗功率增加4.43 kW,单位体积混合能减少54.09 kJ/m^(3)。

偏心距对波状单螺杆元件混合性能的影响

设计优化了偏心距分别为0、2、3.5、5 mm的波状单螺杆元件,采用聚合物流动分析软件Polyflow对不同偏心距的波状单螺杆元件进行流场和混合性能的数值模拟。采用粒子示踪法,分析比较粒子经历的最大剪切速率、非弹性应力张量第一特征值、停留时间、混合指数、混合效率、分离尺度等表征混合性能的特征参数,同时,以体积流率表征对输送效率的影响。模拟分析结果表明,偏心距逐渐增大,螺槽深度周期性变化增大,物料受到的剪切作用、应力作用、拉伸作用等得到增强,更多粒子经历了更大的剪切速率、混合指数、停留时间等,有利于多组分物料的破碎和掺混,波状单螺杆元件的分散混合和分布混合性能均逐渐增强,同时,保证了较高的输送效率。

错位碰撞型微混合器混合性能的模拟分析与优化设计

微混合器作为微流控设备的重要组成部分,广泛应用于生化领域,由于在微通道下流体流动为层流,混合较差,对于快速反应,混合是影响效率的主要因素。本文对影响混合效率的3种微混合器结构进行了数值模拟,通过变化微混合器的通道宽高比、发散处最大宽度、碰撞处错位高度3个结构参数,模拟研究其在层流下的混合性能。结果表明,流体碰撞处错位高度对混合性能影响最明显。对模拟结果最佳的微混合器(MST)进一步优化其结构得到新的微混合器(MTT),将MTT与MST及普通T型微混合器(MT)进行比较。MTT微混合器出口处的混合指数达到81%,而普通T型微混合器在相同的条件下只有5.3%。通过模拟分析混合过程,有效改善了错位碰撞型微混合器的结构,有利于提高流体混合效率,提高反应速度。

三螺棱孔型拉伸单元加工聚合物混合性能模拟

为解决普通螺杆单元对聚合物粒子混合效果较差的问题,提出了三螺棱孔型拉伸单元,并且,利用流体仿真软件Polyflow与普通螺杆单元加工聚合物进行了模拟对比。结果表明,孔型拉伸单元的聚合物粒子的混合指数分布区间更高,以大于0.5区域为主,最大混合指数达0.778 9;孔型拉伸单元的最大剪切应力集中分布在0.06~0.08 MPa之间,与普通螺杆单元的0.04~0.06 MPa相比较高;孔型拉伸单元的聚合物粒子经历的累积停留时间更长,集中分布在6 s以上,普通螺杆单元的集中分布在4~6 s;孔型拉伸单元的分离尺度曲线下降更迅速,当在轴向长度为20 mm时,迅速下降至最低点;当轴向长度为20~70 mm时,曲线平缓无波动,聚合物粒子无团聚现象。因此,孔型拉伸单元对聚合物粒子的分散混合和分布混合的能力大于普通螺杆单元,孔型拉伸单元能够提高聚合物粒子的混合效果。

撞击流—旋转填料床反应器的微观混合性能研究

采用化学偶合法 ,对撞击流—旋转填料床反应器内微观混合进行了实验研究 ,得到了转速、喷嘴间距、射流速度及浓度等因素对离集指数Xs的影响规律 ,并对其进行了定性的分析。结果表明撞击流—旋转填料床反应器中微观混合能被极大地强化 。

固体粉末与聚合物在不同混炼元件中的混合性能

运用聚合物加工专用有限元软件Polyflow,对非啮合同向双螺杆挤出机混炼元件、非啮合异向双螺杆挤出机混炼元件以及双转子混炼机混炼元件,针对固体粉末在聚合物中的混合进行了数值模拟。在停留时间分布、累积最大剪切应力分布及分离尺度等常见评价参数的基础上,用固体粉末团聚体粒径尺度分布函数,来直观表征各混炼元件对固体粉末分散性能的影响。结果表明:双转子混炼元件对聚合物中固体粉末团聚体的分散、分布混合效果最好。

双轴桨叶式混合机的混合性能及其发展前景分析

着重对双轴桨叶式混合机的工作原理、性能特点、结构设计及存在问题等方面进行了分析、介绍 ,并对翻转式双轴桨叶真空喷涂混合机的工作过程作了相应的阐述 ,指出快速无残留双轴桨叶式混合机系列机型具有广阔的市场应用前景 ,同时混合机总体性能向着多功能系列化的趋势发展。

同向双螺杆挤出过程不同螺杆构型的混合性能分析

利用POLYFLOW有限元分析软件对同向双螺杆挤出过程不同螺杆组合的流道进行了三维等温非牛顿流场模拟,通过计算结果后处理,分析了全正向螺纹流道、全正向捏合盘流道、全反向捏合盘流道等6种不同螺杆构型的分布混合性能和分散混合性能。

3种混炼单元加工聚合物混合性能的模拟对比

采用屏障单元、混沌单元和叶片单元,应用聚合物流体动力学软件Polyflow,对这3种新型混炼单元加工聚合物的混合性能进行模拟与对比分析。结果表明,叶片单元的混合指数大于屏障单元和混沌单元,3种新型混炼单元流道内的物料均以拉伸作用为主,流道内拉伸作用强度最大的是叶片单元;混沌单元的停留时间期望值大约为4 s,屏障单元的大约为5 s,叶片单元的大约为6 s,叶片单元对物料的分布混合效果相对较好;叶片单元的拉伸作用明显高于屏障单元和混沌单元;3种新型混炼单元的瞬态混合效率从高到低依次是叶片单元、屏障单元、混沌单元,屏障单元的时均混合效率始终高于混沌单元,叶片单元随着轴向位置的增加对物料混合性能的影响越来越显著。

喷氨格栅处烟气速度场对高效SCR均流与还原剂混合性能的影响

随着SCR脱硝效率的上升,喷氨格栅(AIG)处烟气速度场在SCR均流与混合技术中变得越来越重要。以某高效电站SCR为研究对象,利用经冷态模型校验过的SCR数值模型,分析AIG处烟气速度场10种典型变化对电站SCR系统内均流与还原剂混合性能的影响。结果显示,对高脱硝效率的SCR系统,AIG处烟气速度场变化对催化剂入口界面上氨氮比分布影响很大,对入口界面上速度场也有一定影响。设计中控制AIG处烟气流速不均匀性可以提高SCR内均流与混合的品质。在AIG处流速不均匀性控制得较好的高效SCR中,随着AIG处流速不均匀性上升,催化剂入口界面上氨氮比不均匀性增大;AIG处速度场与催化剂处速度场具有相似性。

液体连续相撞击流反应器中结构与操作参数对混合性能的影响

液体连续相撞击流反应器(LISR)中结构与操作参数对混合性能有重要影响,利用计算流体动力学(CFD)技术数值模拟LISR混合过程,重点从压力波动、剪切力场及混合时间等角度系统讨论结构与操作参数对混合性能的影响。研究结果显示,当桨叶倾角为30°时,压力波动强度与剪切应力平均值最大,分别为137.83 Pa和12.65Pa。桨叶倾角的改变不影响混合时间,但会局部影响流体分散效果;当桨叶转速为1 500 r/min时,其压力波动强度与剪切应力平均值最大,分别为10.68 Pa和9.69 Pa。桨叶转速的增大会减小混合时间,促进混合;撞击距离对压力波动、剪切力场及混合时间的影响都较小,对混合性能几乎无影响。

随动式动态混合器的混合性能

介绍了随动式动态混合器的结构原理,采用截面直接拍摄法在光管和随动式动态混合器中进行了甘油-水两相混合实验,获得甘油的轴向分布图。此外,采用FLUENT中的Mixture多相流模型、RNG k-ε湍流模型进行了混合性能数值模拟研究,获得了甘油的浓度场云图及混合不均匀系数。数值模拟与实验所得甘油在光管中的流动状态具有很好地一致性,证明了模拟方法的可靠性。研究结果表明,随动式动态混合器对分散相具有"分割-分隔、扰流、摩擦-混合"的作用,模拟所得甘油沿流动方向不均匀系数的变化,表明了随动式动态混合器具有较好的混合性能。

立式循环撞击流反应器中桨叶垂直交错排布条件下的混合性能

立式循环撞击流反应器(VCISR)桨叶的倾角及其布置形式,是影响混合性能的重要因素。本文采用数值方法对VCISR桨叶不同角度垂直交错排布条件下的混合性能进行了研究。上下两对桨叶倾角θ均设置为45°,上下两对桨叶错位角分别设置为15°、30°、45°、60°,结果表明:上下两对桨叶错位角在45°时,VCISR特征撞击面上的速度均方根σ最大,达到3.81,混合性能最优;同工况条件下,当错位角为60°时,桨叶旋转能量消耗最小。

翼型轴流桨的混合性能及其在工业发酵罐中的应用

对新型轴流桨—翼型桨的混合性能进行了系统研究,结果表明,翼型桨具有剪切性能温和,输送效率高,混合迅速,低能耗以及传质系数高等优点。这种桨叶已成功地应用于赤霉素、井岗霉素等工业发酵罐。

微结构设备内液-液均相混合性能研究进展

以微结构设备内混合性能的研究以及混合性能表征方法为重点,以液-液均相混合体系为对象,系统介绍和分析了提高微结构设备内混合性能的方法和机理,对粒子或染料示踪法、化学反应探针法和计算流体力学(CFD)模拟法3种混合性能的表征方法进行了分析和比较,并在此基础上对微结构设备混合性能及其表征方法的发展前景进行了分析。

电磁动态塑化挤出机熔体混合性能的研究

在不同振动频率下 ,利用剖分式料筒电磁动态塑化挤出机 ,对碳酸钙填充聚乙烯体系进行了螺杆沿程混合性能的研究。通过对不同位置处物料的SEM图的分散相作粒径统计分析 ,发现振动力场对CaCO3 在LDPE熔体中的分散有促进作用 ,改善了混合物料的混合程度 ;相同振幅下 ,振动频率高则分散效果越好。

双转子连续混炼机不同转子元件混合性能的对比研究

在普通转子的基础上设计了开槽螺棱转子和阶梯型螺棱转子,并借助聚合物加工分析软件Polyflow分别对3种转子元件的混炼段进行了数值模拟,并对其混合性能进行了对比分析。结果表明,3种转子元件中,开槽螺棱转子的分散混合能力和分布混合能力最强,阶梯型螺棱转子的分散混合能力最差,其分布混合能力优于普通转子,但次于开槽螺棱转子;在分散混合方面,相对于普通转子和开槽螺棱转子,阶梯型螺棱转子对物料的分散能力更加依赖于拉伸作用。

三螺杆挤出机与双螺杆挤出机混合性能的比较

利用聚合物流体分析软件Polyflow,对倒三角形排列的三螺杆挤出机和等规格的双螺杆挤出机的混合性能进行了深入分析。通过计算不同角度的拟稳态流场,采用示踪粒子法对聚合物熔体在流场中的动态混合情况进行三维等温数值模拟,在此基础上对粒子轨迹进行统计后处理,并分别采用混合指数、面积伸展率和停留时间分布表征流场的分散混合能力、分布混合能力和轴向混合能力,进而比较两种挤出机的混合性能。另外,在实验条件与模拟条件相同的情况下,进行了实验验证。模拟结果表明,三螺杆挤出机各方面的混合性能均优于双螺杆挤出机。实验结果表明,实验数据与模拟结果基本一致。

主要工艺参数对串联式磨盘挤出机混合性能的影响

采用Polyflow软件模拟了聚合物熔体在串联式磨盘挤出机混炼段内的混合过程。将混合指数和分离尺度作为评价指标,借助统计学方法,分析了主要工艺参数(转速和喂料速率)对串联式磨盘挤出机混合性能的影响。研究结果表明:转速增大,串联式磨盘挤出机的分散混合性能和分布混合性能提高;喂料速率增大,串联式磨盘挤出机分散混合性能下降,但喂料速率对串联式磨盘挤出机分布混合性能影响较小。