循环射流混合槽内液液两相混合特性数值模拟

循环射流混合槽作为一种高效的混合装置在化工过程强化处理技术中具有潜在的工业应用前景。由于缺乏对其内多相体系流动和混合行为的研究,制约了循环射流混合反应器的优化设计与工业化应用。本文选取水和二甲基硅油两相体系,采用计算流体力学软件ANSYS FluentV16.1中Eulerian-Eulerian多相流模型和SST k-ɷ湍流模型,对两种不同加料方式下循环射流混合槽内液液两相射流中心线速度、离析强度、拉伸率等参数进行研究。研究结果表明:分散相浓度(α_(d))增大射流卷吸能耗增大,在l/s<0.4内α_(d)=1.80%和2.86%量纲为1的射流中心线速度衰减趋势与α_(d)=6.00%相比减弱51%和21%;在低分散相浓度时,量纲为1的射流中心线速度随Re的增大衰减趋势变化小,在l/s<0.24内Re=6346、9519和12692量纲为1的射流中心线速度衰减趋势与Re=3173相比分别减弱2.60%、2.87%和12.69%。离析强度随混合时间的增大而减小,随周向角度增大呈W形变化趋势。在相含率和雷诺数相同时,对称球状较圆柱状加料达到混合时间减少65.5%;不同喷嘴之间的拉伸率随迹线长度的增大而增大,jet1和jet9位置处的拉伸率与其余喷嘴相比较大;相同喷嘴之间拉伸率随Re的增大而增大,Re=6346、9519和12692的拉伸率与Re=3173相比分别提高289%~320%、418%~454%和607%~667%。

基于局域波分解的循环射流混合槽内压力脉动信号时频特性分析

为了探讨循环射流混合槽射流混合区内瞬态流动特性,在Re=3660～32940范围内利用动态数据采集系统对射流混合区内不同轴向、径向和周向位置的瞬态脉动压力进行了测量,并采用基于局域波分解的方法分析了循环射流混合槽内压力脉动信号的时频分布。研究表明:瞬态压力波动信号的波动能量分布随瞬时频率的提高明显降低;在θm=π/6和π/3时,频率集中分布在为0～0.25 Hz,而θm=π/4和θm=5π/12时,瞬时波动频率主要分布在0～6Hz和0～20Hz。低雷诺数下流体运动随机性频繁,Re=3660时存在32Hz,25Hz,7Hz和5Hz等多个频率集中分布段,而Re=18300和Re=25620时频率范围为0～8 Hz和0～3 Hz。随着测量位置z/H增加,0～1 Hz内低频能量比例先减小然后增加再减少;z/H=0.85时受到自由液面的影响,集中能量频率分布范围较其他轴向位置要广,且0～5 Hz低频能量比例减少。

煤浆混合槽混合性能的数值模拟

利用计算流体力学(CFD)方法研究煤浆混合槽的混合性能。采用Fluent 6.2计算软件,选用多重参考系法(MRF)、RNGk-ε湍流模型以及混合物多相流模型,对卧式煤浆混合槽的内部流动情况进行数值模拟,得到了湍流强度、湍动能、压力、速度分布以及出口各相分布等混合性能。模拟结果与实验结果进行了初步比较,吻合较好。研究结果表明,混合时在挡板和搅拌浆叶之间产生漩涡,有利于防止物料堆积,使混合更均匀。

循环射流混合槽内压力脉动时间序列多尺度分析

为探讨循环射流混合槽（Circulating jet tank,CJT）内瞬态压力脉动的复杂性特性,采用动态数据采集系统对射流混合区内不同轴向、径向和周向位置的压力脉动信号（Pressure fluctuation signal,PFS）进行测量。根据PFS的标准差、峰度和偏度分布,优化PFS序列最佳样本数i=110 000。基于有限统计复杂性,比较综合法、动态法和静态法等三种时间序列符号化方法,得出综合法比动态法和静态法的适应性强,并确定最佳小波分解尺度。对CJT内各尺度的PFS进行有限统计复杂性和复杂度分析,发现CJT内PFS的两种复杂性分布趋势相似。通过对PFS多尺度分析发现：随着分解尺度的增加,复杂度先急剧衰减后趋于平稳,表明CJT内PFS随机性减弱周期性增强;PFS分解得到0～0.98 Hz低频A10尺度概貌信号的复杂度趋于0,揭示CJT内动力系统为整体稳定、局部不稳定的多尺度结构。

循环射流混合槽内油-水两相流复杂动力学特性分析

采用流体力学计算软件ANSYS FLUENT V16.1中的Eulerian-Eulerian多相流模型和剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型,对循环射流混合槽内油-水两相流的动力学特性进行研究,分析不同雷诺数Re和不同相含率对多孔射流中心线速度自相似性、涡量和剪切速率的影响。研究发现:在不同Re及分散相相含率条件下,射流方向上连续相水的流动状态满足自相似性;Re=6 346、9 519和12 692时无量纲高度z/H=0.9处的涡量与Re=3 173时相比分别增大118.3%、253.7%和373.4%;轴向、径向和周向位置处涡量等值线图揭示高涡量区域主要集中在射流孔附近,射流中心线两侧存在反向对涡,射流中心线附近涡的相对强度与中心主体混合区域相比高2个数量级;与涡量及Q准则相比,第三代涡判别法Liutex对流场中大尺度涡结构的识别基本相同,对主体混合区域细小涡结构的识别相对更加准确;剪切速率随周向位置的增大呈现先增后减的趋势,在θ=12°处随着Re从3 173增加到12 692,平均剪切速率增大86.2%~257.7%。

循环射流混合槽压力波动时间序列差异性分析

为了研究循环射流混合槽内压力波动信号的前向和后向符号时间序列的动力学特征的差异性,利用等概率原则对PFS(pressure fluctuation signals)时间序列进行符号化转换,通过修正的Shannon熵选取最佳符号集大小和子序列长度。利用子序列编码图、时间不可逆转性、秩次图和秩次距离等参数对PFS时间序列进行STSA(symbolic time series analysis)研究。研究结果表明:修正的Shannon熵最小时确定优化符号化参数为n=2和L=10。前向与后向时间序列的子序列编码分布相似但其频数不等,表明CJT(circulating jet tank)内湍流流动呈现多尺度混沌确定性特征。PFS的时间不可逆性值随着周向角的增加不断增加,随z/H的增大呈现先降低再上升最后降低的趋势,随雷诺数的增加呈现"W"型分布。时间不可逆性值与秩次距离对PFS前后向序列动力学特征的差异性判断相互吻合。

新型大三角桨叶混合槽内流场的数值模拟

研究了应用计算流体力学对萃取过程混合澄清槽采用的大三角型桨叶进行改进,在大三角型桨叶基础上叠加闭式涡轮结构,并以水为试验介质进行验证。结果表明,改进的大三角型桨叶在抽吸能力上有明显提高,混合效果有一定改善,而搅拌功率消耗并没有显著提高。

温度变化对新型混合槽水润滑橡胶轴承润滑特性的影响

为研究新型混合槽水润滑橡胶轴承的润滑特性,采用有限元法建立了橡胶轴承的热流固耦合模型,在考虑不同进水温度和不同转速的条件下,分析了混合槽橡胶轴承与带有T形、V形沟槽的橡胶轴承在衬层变形、水膜压力、流场速度等方面的差异。结果表明:混合槽橡胶轴承能较好地适应水温的变化,解决了T形、V形沟槽橡胶轴承存在的衬层变形大、水膜压力较低的问题,并改善了单一槽型轴承承压区压力峰值急剧变化的问题;随着进水温度的升高,衬层变形量和水膜压力均减小,承载力下降,而且较高转速下承载力的下降趋势比低转速下更为明显;随着进水水温的升高,水的黏性系数持续降低,橡胶轴承的润滑状态变差,轴承润滑状态由混合润滑和弹流润滑状态过渡到完全混合润滑状态。

稀土萃取混合槽的放大设计

运用Fluent软件模拟分析稀土萃取厂混合澄清槽内的三维流场,以几何尺寸相似放大原则设计1 000L混合槽并仿真模拟分析,得出直接放大后的1 000L混合槽搅拌桨的泵吸作用几乎消失,在混合槽4直角壁区域形成明显的流动死区的结论。对混合槽及搅拌桨结构优化后再次模拟,模拟结果明显优于直接放大的混合搅拌槽。该研究对混合槽的放大设计以及优化有一定的参考价值。

乙酸装置返料混合槽搅拌器改造可行性分析

针对400kt/a乙酸装置在生产过程中返料混合槽搅拌器出现泄漏的问题,通过各方论证并结合实际运行情况对返料管线的管口进行改造。改造后,返料混合槽内物料实现自搅拌,完全可以取消搅拌器,不仅减少了动设备的检修和维护费用,而且消除了安全隐患。

混合槽波导的限光能力和传输损耗的研究

传统的5层低折射率槽波导可以将光限制在纳米量级的中间低折射率层中.为了进一步减小波导的横向模式宽度,用金属层代替低折射率槽波导的最外层,构建了5层金属/高折射率/低折射率/高折射率/金属对称混合槽波导,利用解析的方法比较了混合槽波导结构与低折射率槽波导结构的光学限制能力.结果表明,通过用金属层替换低折射率槽波导的最外层,可以获得更强的光限制能力和更窄的模式.同时也对混合槽波导结构的传播损耗做了研究,发现混合槽波导有较低的传播损耗.

高塔造粒复合肥生产装置混合槽技改总结

针对原高塔造粒复合肥生产装置混合槽有效容积小、物料进入混合槽落差大、搅拌电动机功率不足而导致物料混合不均匀、产品成形率低、返料量大的缺陷,采取了相应的改造措施(增设刮板输送机、更换大功率电动机、增设旋风除尘器回收粉尘等)。改造实施后,有效改善了生产现场环境、提高了产品的产量和质量、降低了生产成本,进而增强了企业的市场竞争能力。

FLUENT 软件在混合槽模拟分析中的简单应用

本文应用 Fluent 软件对混合搅拌槽内的混合过程的进行简单模拟分析,混合搅拌槽采用实际工厂使用的桨型,为实际生产提供分析思路。本文分析了混合搅拌槽内的速度、压力、湍流动能分布情况,直观了解混合搅拌槽内的混合过程,在混合模拟过程中找到实际生产过程中出现的有关问题,为实际生产提供可行问题解决办法。

双混合澄清槽混合过程的仿真研究

以水相和有机相为流体介质,运用CFD技术对双混合澄清槽的混合过程进行液液双相流仿真,深入研究了双混合槽的泵吸能力、搅拌力矩和两相混合特性。仿真结果显示,双混合槽结构具有很强的泵吸能力,搅拌桨所受力矩值随迭代计算次数增加逐步趋于稳定。双混合槽内有机相体积分数随迭代计算先快速增加,后缓慢增加,最后逐渐稳定接近于0.5,定性分析和定量分析对仿真结果的解释具有一致性。

混合澄清槽中硝酸传质对分散相存留分数的影响

混合澄清槽是一种重要的液-液萃取设备,分散相存留分数是混合澄清槽混合室中的一个重要水力学参数。传质条件下分散相存留分数的变化情况是一个重要的研究方向。针对2套不同尺寸的混合澄清槽开展了水力学和硝酸传质实验。获得了水力学条件下泵轮转速、两相流比、料液停留时间对于分散相存留分数影响的实验结果。在传质条件下,发现2套混合澄清槽的级效率均>90%。该研究条件下传质通量集中在10-5~10-4数量级,在该数量级上传质通量很难对水力学性能产生影响,上述计算结果解释了传质条件下分散相存留分数未出现明显变化的根本原因。

铁路曲线槽-箱混合连续梁的曲率效应

将槽形梁与箱形梁结合形成的槽-箱混合连续梁是一种适用于铁路小半径曲线区段的新型结构,但较大的曲率会引起显著的弯扭耦合作用,从而导致曲线梁体开裂或支座破坏。为研究曲线半径对铁路曲线槽-箱混合连续梁空间力学行为的影响,以在建揭阳—惠来单线铁路跨梅州—汕头高铁两等跨槽-箱混合连续梁为依托,建立空间梁单元有限元模型,分析该桥在悬臂转体施工和成桥运营阶段的位移、应力和自振特性,并计算曲线半径对转体施工和运营阶段的主梁变形、应力、自振特性等结构受力特性的影响。结果表明:在转体(悬臂)和运营(连续梁)阶段,梁体曲线内外竖向位移差主要是恒载产生的,其他荷载影响较小;对于两跨单线铁路槽-箱混合连续梁桥,在跨径较大且主梁宽度与曲线半径比值较小的情况下,曲线半径并非影响主梁顺桥向正应力和自振频率的敏感参数,但曲线半径对槽-箱混合连续梁桥曲线内外竖向位移差影响较大;最不利工况条件下,两等跨铁路曲线槽-箱混合连续梁桥在转体施工和运营阶段的变形、应力、自振特性等关键静动力性能指标均满足规范要求。该新型结构适用于曲线半径超过300 m、建筑高度受限的桥梁。

全逆流混合澄清槽中萃取体系料液流场CFD模拟研究

为了研究全逆流混合澄清槽内气-液(水相)-液(有机相)三相流体在微观层面的行为,本文采用CFD方法,以全逆流混合澄清槽为对象进行了研究。结果表明,搅拌会在混合室内产生一个V型液位分布,桨叶后方出现负压区域,且上部会出现空化现象;正方形混合室的四角方向会出现压力滞止死区;混合室内有机相会出现围绕搅拌轴的包覆层,水相主要从桨叶正下方吸入后与有机相在桨叶区域进行混合;混合室内存在多个局部速度旋涡场,桨叶下部是四周液体向桨叶正下方汇集,桨叶上部则是先向上后向旋转轴汇集;两相的混合与液滴的破碎与并聚主要发生在桨叶处及混合室附近壁面上。

利用CFD模拟辅助设计泵轮式扁平混合澄清槽防漩涡结构研究

泵轮式扁平混合澄清槽是一种专门用于核燃料后处理,保证核临界安全的萃取设备。为防止液体飞溅和溢出造成的放射性污染,研究了用计算流体力学(CFD)模拟辅助设计泵轮式扁平混合澄清槽防漩涡结构。首先确定了能实现漩涡形状模拟的模型和模拟方法;其次通过模拟无防漩涡、带孔平板防漩涡、带孔锥板防漩涡、带孔折页平板防漩涡4种不同结构的混合室内的流动和漩涡情况,分析了混合室内流场和压力分布情况,以及其内环流和混合机制;最后通过对比这4种不同结构混合室内纵截面上的气相存留分数分布情况,验证了带孔平板防漩涡结构的适用性。结果表明,带孔平板防漩涡结构既简单又有效,在覆盖工业运行范围的转速区间内可满足工业应用要求。