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Numerical Simulation and Analysis of Power Consumption and Metzner-Otto Constant for Impeller of 6PBT 被引量:11
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作者 LUAN Deyu CHEN Qiao ZHOU Shenjie 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第3期635-640,共6页
Majority of non-Newtonian fluids are pseudoplastic with shear-thinning property, which means that the viscosity will be different in different parts of the stirred tank. In such mixing process, it is difficult to pred... Majority of non-Newtonian fluids are pseudoplastic with shear-thinning property, which means that the viscosity will be different in different parts of the stirred tank. In such mixing process, it is difficult to predict accurately the power consumption and mean shear rate for designing novel impeller. Metzner-Otto method is a widely accepted method to solve these questions in mixing non-Newtonian fluids. As a result, Metzner-Otto constant will become a key factor to achieve an optimum way of economical mixing. In this paper, taking glycerine and xanthan gum solutions as research system, the power consumption, stirred by the impeller composed of perturbed six-bent-bladed turbine (6PBT) with differently geometrical characteristics in a cylindrical vessel, is studied by means of computational fluid dynamics (CFD). The flow is modeled as laminar and a multiple reference frame (MRF) approach is used to solve the discretized equations of motion. In order to determine the capability of CFD to forecast the flow process, the torque test experiment is used to measure the glycerine solution power consumption. The theological properties of the xanthan gum solutions are determined by a Brookfleld rheometer. It is observed that the power consumption predicted by numerical simulation agrees well with those measured using torque experiment method in stirring glycerine solution, which validate the numerical model. Metzner-Otto constant is almost not correlated with the flow behavior index of pseudoplastic fluids. This paper establishes the complete correlations of power constant and Metzner-Otto constant with impeller geometrical characteristics through linear regression analysis, which provides the valuable instructions and references for accurately predicting the power consumption and mean shear rate of pseudoplastic fluids in laminar flow, comparatively. 展开更多
关键词 impeller composed of perturbed six-bent-bladed trbine pseudoplastic fluids power constant Metzner-Otto constant
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错位六弯叶桨搅拌假塑性流体的洞穴变化 被引量:5
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作者 栾德玉 周慎杰 陈颂英 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第16期152-157,共6页
预测洞穴大小及其变化规律对于剪切变稀的假塑性流体搅拌至关重要。利用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)模拟方法,对错位六弯叶桨搅拌黄原胶水溶液所形成的洞穴效应进行研究,确定较为适宜的洞穴边界速度,得到洞穴形状... 预测洞穴大小及其变化规律对于剪切变稀的假塑性流体搅拌至关重要。利用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)模拟方法,对错位六弯叶桨搅拌黄原胶水溶液所形成的洞穴效应进行研究,确定较为适宜的洞穴边界速度,得到洞穴形状、直径及高径比随表观雷诺数Re*的变化情况,并进行搅拌功率的试验验证。结果表明,模拟计算得到的功率值与试验测量值吻合较好,表明建立的层流模型正确;洞穴形状呈现圆柱形的变化规律,符合圆柱形洞穴模型(EN模型)的描述;Dc/D-NpRey的变化规律和洞穴高径比的变化均与流体流变性无关,当Dc<d'时,在双对数坐标图中,Dc/D与NpRey接近线性关系,拟合后的直线斜率为0.35,与Elson模型的理论计算结果 0.33吻合较好;当洞穴到达槽壁前,其高径比均为0.68,洞穴到达壁面后,其高度的轴向扩展系数0.79。研究进一步认识了错位六弯叶桨的搅拌特性,可为假塑性流体搅拌桨的开发和应用提供指导和参考。 展开更多
关键词 错位六弯叶搅拌器 假塑性流体 洞穴 表观黏度
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错位刚柔桨强化搅拌槽内流体混合实验及数值模拟 被引量:4
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作者 刘作华 魏红军 +3 位作者 熊黠 陶长元 王运东 程芳琴 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期4621-4631,共11页
为消除搅拌反应器中混合隔离区,对标准刚性桨(R-RT)、错位刚性桨(PR-RT)和错位刚柔桨(PRFRT)三种桨叶体系的流体混沌特性参数、流场结构以及流体运动速度进行了探讨。采用Matlab软件编程计算最大Lyapunov指数(LLE)和多尺度熵(MSE),通过... 为消除搅拌反应器中混合隔离区,对标准刚性桨(R-RT)、错位刚性桨(PR-RT)和错位刚柔桨(PRFRT)三种桨叶体系的流体混沌特性参数、流场结构以及流体运动速度进行了探讨。采用Matlab软件编程计算最大Lyapunov指数(LLE)和多尺度熵(MSE),通过计算流体力学研究了三种桨叶体系流场结构和流体运动速度的差异。实验及计算结果表明,错位刚柔桨通过柔性桨叶的随机扰动破坏了隔离区介稳态流场边界,较大程度地消除了混合隔离区。PRF-RT的LLE相比于R-RT和PR-RT分别提高了13.29%和7.25%,MSE也较PR-RT和R-RT大;PRF-RT增强了流场不稳定性,形成了不对称性流场结构,减少了隔离区分布范围;PRF-RT强化桨叶能量耗散,提高了搅拌槽底部、顶部液面以及搅拌槽壁区域流体运动速度,减小了流体混合时间。 展开更多
关键词 错位刚柔桨 最大LYAPUNOV指数 多尺度熵 数值模拟
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流体流变性对错位六弯叶桨流场特性的影响 被引量:2
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作者 栾德玉 周慎杰 陈颂英 《化学工程》 CAS CSCD 北大核心 2012年第7期52-56,共5页
利用计算流体力学(CFD)的方法,以高黏牛顿流体和假塑性非牛顿流体为研究对象,对错位六弯叶桨在层流域的搅拌流场特性进行了研究。结果表明:数值计算得到的功率值与实验测量值吻合较好,搅拌雷诺数对假塑性流体搅拌流场的量纲一速度和切... 利用计算流体力学(CFD)的方法,以高黏牛顿流体和假塑性非牛顿流体为研究对象,对错位六弯叶桨在层流域的搅拌流场特性进行了研究。结果表明:数值计算得到的功率值与实验测量值吻合较好,搅拌雷诺数对假塑性流体搅拌流场的量纲一速度和切应变速率影响较大,因此提高转速对改变流场的速度及切应变速率分布是一个有效的办法;而流体的流变性只对假塑性流体的量纲一速度有明显影响,对切应变速率影响较小,当流变指数n<0.3时与n基本无关。当流动由层流向过渡流转变时,搅拌桨的流量准数及泵送效率有显著提高;假塑性流体的流变指数降低时,其泵送效率显著下降。研究进一步认识了错位桨在不同流体中的搅拌流场特点,为高黏假塑性流体搅拌桨的设计、应用以及开发新型搅拌桨提供了参考。 展开更多
关键词 错位六弯叶搅拌器 假塑性流体 流变指数 泵送效率 剪切速率
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基于双向流固耦合的错位六弯叶桨搅拌特性 被引量:2
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作者 栾德玉 郑深晓 +1 位作者 张盛峰 鲁建平 《石油化工设备技术》 CAS 2017年第3期45-49,共5页
基于ANSYS Workbench分析平台,采用双向流固耦合计算方法,对六弯叶桨(6BT)和错位六弯叶桨(6PBT)搅拌性能进行了对比分析,根据桨叶与流体之间相互耦合运动特性,考察了桨叶的等效应力和变形量的分布,探讨了流场结构对混合效率的影响。结... 基于ANSYS Workbench分析平台,采用双向流固耦合计算方法,对六弯叶桨(6BT)和错位六弯叶桨(6PBT)搅拌性能进行了对比分析,根据桨叶与流体之间相互耦合运动特性,考察了桨叶的等效应力和变形量的分布,探讨了流场结构对混合效率的影响。结果表明:速度矢量的计算值与PIV实验值吻合较好,基于双向流固耦合计算模型的数据结果可靠;同6BT桨相比,6PBT桨叶端部应力提高了51%,根部应力降低了22.2%,应力分布更趋均匀化,可有效提高桨叶强度,增强能量传递,而总变形量与6BT桨基本相同;6PBT桨能够产生不对称流场结构,混合时间明显降低,混合效率显著提高,其中6PBT桨的单位体积混合能只有6BT桨48%,体现出错位桨的优越性,这可为搅拌器的优化设计提供理论参考。 展开更多
关键词 错位六弯叶桨 流固耦合 等效应力 变形 混合效率
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气浮机叶轮裂纹扩展的可靠性分析 被引量:1
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作者 高慧 周长茂 +2 位作者 孙铁 张素香 孙壮 《辽宁石油化工大学学报》 CAS 2009年第1期54-56,共3页
以Pairs-Erdogan裂纹扩展模型为基础,应用了矩技术,采用裂纹极限状态方程,讨论了气浮机在基本参数为随机变量情况下的可靠性问题,并建立了气浮机叶轮的裂纹扩展可靠性模型,得出叶轮裂纹扩展寿命可靠度,该结果与Monte-Carlo仿真结果基本... 以Pairs-Erdogan裂纹扩展模型为基础,应用了矩技术,采用裂纹极限状态方程,讨论了气浮机在基本参数为随机变量情况下的可靠性问题,并建立了气浮机叶轮的裂纹扩展可靠性模型,得出叶轮裂纹扩展寿命可靠度,该结果与Monte-Carlo仿真结果基本一致,表明该方法能给出比较准确的预测结果,适于工程应用。 展开更多
关键词 气浮机叶轮 裂纹扩展寿命 随机摄动 可靠性分析
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错位六弯叶桨搅拌假塑性流体流场特性数值模拟 被引量:3
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作者 栾晓坤 郑深晓 +1 位作者 张盛峰 栾德玉 《石油化工设备》 CAS 2016年第6期13-19,共7页
利用计算流体力学方法,以质量分数为1.25%假塑性流体黄原胶水溶液为研究对象,分别对错位六弯叶桨和六弯叶桨的搅拌流场特性进行了数值模拟,并做了对比分析,探讨了流场结构和时均速度分布的变化。数值模拟及分析结果表明,错位桨流场呈现... 利用计算流体力学方法,以质量分数为1.25%假塑性流体黄原胶水溶液为研究对象,分别对错位六弯叶桨和六弯叶桨的搅拌流场特性进行了数值模拟,并做了对比分析,探讨了流场结构和时均速度分布的变化。数值模拟及分析结果表明,错位桨流场呈现不对称结构形式,从而可有效消除混合隔离区,提高混合效率;错位桨在径向速度和轴向速度分布方面均优于六弯叶桨,其速度峰值明显提高,搅动范围也显著增大,体现出了错位六弯叶桨的优势,是一种值得推广的搅拌器形式。 展开更多
关键词 错位六弯叶桨 假塑性流体 流场特性 数值模拟
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基于流固耦合的错位桨搅拌假塑性流体模态分析 被引量:1
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作者 王宏 王兆蕊 +2 位作者 王松松 李龙斌 栾德玉 《石油化工设备技术》 CAS 2019年第5期37-42,共6页
模态分析是指运动构件在正常工作时为避免发生共振现象而运用的一种分析方法。文章采用基于双向流固耦合的运算方法,对错位六弯叶桨(6PBT)在静模态和预应力模态下的固有频率和振型图进行对比分析。预应力模态分析在流变指数分别为n=0.9... 模态分析是指运动构件在正常工作时为避免发生共振现象而运用的一种分析方法。文章采用基于双向流固耦合的运算方法,对错位六弯叶桨(6PBT)在静模态和预应力模态下的固有频率和振型图进行对比分析。预应力模态分析在流变指数分别为n=0.9、0.7和0.5的黄原胶溶液(一种比较典型的假塑性流体)中进行。结果表明:流体流变性对桨叶的振型分布和模态频率基本没有影响,在静模态和预应力模态下6PBT桨的振型分布相同,均表现为1~6阶为扭转振型,7~10阶为弯曲振型,桨叶的模态频率并未发生较大变化,说明搅拌介质与桨叶的相互耦合作用并没有对6PBT桨的模态造成很大影响。因此6PBT桨在搅拌不同流变指数的假塑性流体时,其固有频率和振型分布具有稳定性的特点,在很大程度上降低了搅拌桨在搅拌过程中出现共振现象的概率。 展开更多
关键词 流固耦合错位 六弯叶桨 假塑性流体 模态分析
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