螺带螺杆搅拌釜中高黏流体的CFD模拟计算

高黏聚合体系的搅拌混合应用广泛,是聚合物合成工业中的关键,但采用实验方法难以得到其流场。应用ANSYS CFX软件模拟计算高黏聚苯乙烯溶液体系在不同螺带螺杆组合搅拌釜中的流场特征,分别采用不同的计算流场模型进行求解,其中搅拌釜气液两相界面采用与实际情况较为接近的自由液面,旋转区域采用滑移网格法处理,液相采用不同黏度的高分子黏性流体,计算比较了不同搅拌桨组合下的流场特征,论证了双螺带螺杆搅拌桨在高黏流体混合中的优越性,同时得到不同黏度和不同转速下搅拌釜内的液面形状、速度场和搅拌功率,为实际生产及工业优化提供了理论参考。     

气液两相机械搅拌釜中水翼-涡轮组合桨的功率消耗

研究了气液两相机械搅拌反应釜中水翼组合桨的组合方式，通气位置、搅拌方式及桨间距对通气功率下降的影响，给出了通气功率消耗关联式。当采用以水翼k5桨为下层桨、较高的通气位置及较大的桨间距为搅拌釜的几何结构时，其通气功率的下降较小。水翼桨的排出流方向、通气管出口位置及桨间距对气体循环及全釜气液流动产生协同作用，且这种协同作用会因搅拌转速的不同而对桨间距有不同的要求。     

卧式聚合釜中新型宽叶板式搅拌桨的气液传质特性

卧式聚合反应器被广泛用于气态单体的乳液聚合反应.为强化气液传质,卧式聚合反应器多采用新型宽叶板式搅拌桨.本文采用进出口流量变化检测法在卧式反应器内测定了气液容量传质系数Kla,考察了NFr数、液含量ε、搅拌桨层数和桨叶片数对Kla的影响.结果表明:新型宽叶板式搅拌桨比普通桨型具有更大的气液容量传质系数.Kla随NFr的增加而增大;随ε的增加先增大后减小,在ε=0.5时达到最大值,随搅拌桨层数和桨叶片数的增加而增大.在不同的NFr下,卧式反应器内流体呈现重力作用区、过渡区和惯性力作用区.在重力作用区,Kla与NFr符合Kla∝NFr0.9～1.1.     

双层桨结构自吸式反应器的气含率

根据单层桨自吸式反应器吸入的气体主要集中在反应器上部的缺陷,采用了4种桨型作为下层搅拌桨,并研究了下层桨桨径、桨间距和导流筒的影响。测定了釜内总气含率与釜下半部的气含率,发现下层桨不仅决定气含率在釜下部的分布情况,而且对自吸式桨的气体吸入量也有很大影响,与理论推导的结果完全吻合。找到了合适的搅拌浆组合形式,该组合符合流体力学理论,在工业装置上的应用取得成功。     

机械搅拌釜中翼型组合桨持气特性的神经网络模型

研究了内径0.382～1.16m机械搅拌釜中翼型组合桨气液两相的持气特性,建立了气含率与结构参数(包括翼型桨径、桨间距、桨下距离、通气位置、挡板形式及翼型桨排出流方向)和操作参数(包括搅拌转速及通气量)间关联的神经网络模型。考察了所建立的网络模型中各参数对气含率的影响规律。结果表明,模型具有很好的泛化能力,其泛化相对误差在±10%以内。采用开槽挡板、低位通气、适宜的桨径、桨间距和翼型桨的排出流向上的方案,在较宽的桨下距离范围内可获得较高的气含率。由于模型使用了与规模无关的无因次参数建模,因此可用于离线预测、参数优化及放大设计。     

多层桨搅拌槽内的宏观混合特性

在直径为0.476 m的搅拌槽内,采用电导法测定搅拌槽内单层桨和多层桨体系的混合时间。对于单层桨体系,在相同的搅拌输入功率下,不同类型的径向流桨和轴向流桨具有相同的混合时间。对于窄叶翼型CBY搅拌桨,在相同的搅拌输入功率下,单层、双层以及三层CBY搅拌桨的混合时间基本相同;而对于六直叶涡轮桨DT-6,在相同的搅拌输入功率下其混合时间随桨叶层数的增加而加长;多层CBY桨的混合时间远低于多层DT-6搅拌桨的混合时间。     

涡轮桨搅拌槽内流动的旋流修正数值模拟

用标准κ-ε模型和旋流修正的κ-ε模型分别对带挡板的Rushton涡轮桨搅拌槽进行了数值模拟计算。控制方程采用有限体积法在柱坐标系下离散,压力速度耦合方程采用SIMPLE算法求解。搅拌桨和挡板之间的相互作用采用改进的内外迭代法处理。计算结果与文献实验数据的结果比较表明：在排出流区采用旋流修正的结果有很大改善,而在循环区效果却不是很好。     

双层涡轮桨搅拌槽内混合过程的数值模拟

采用FLUENT软件对双层六直叶涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟,选用RNG标准κ-ε模型及多重参考系法(MRF),通过改变网格策略,增加网格数量,并降低浓度收敛残差的方法,将速度场与浓度场方程分开求解,预测了不同的加料点、监测点位置及操作条件对混合时间的影响规律。模拟结果表明:搅拌功率的模拟值与实验值吻合良好,但由于模型基于各向同性的假设,且双层六直叶涡轮桨两桨之间子域的存在,混合时间的模拟结果与实验值有较大的误差。     

气—液—固相体系颗粒完全离底悬浮的临界搅拌转速

在机械搅拌槽中，使用翼形轴流桨（Ｋ４）、涡轮桨（ＤＴ）、６叶４５°斜叶桨（６ＰＴＤ、６ＰＴＵ）（排出流向下、向上），对低粘度物系气－液－固三相体系的颗粒完全离底悬浮的临界搅拌转速Ｎ_（ＪＳＧ）作了实验研究，阐明了不同搅拌桨结构下，悬浮液浓度及通气量对Ｎ_（ＪＳＧ）的影响规律。实验得出在相同的悬浮液浓度及通气量下，Ｋ４的Ｎ_（ＪＳＧ）最低。     

搅拌桨组合的构型对螺旋霉素发酵合成的影响

通过对三种不同构型的搅拌桨在70m^3发酵罐螺旋霉素发酵过程的应用设计研究，发现不同的搅拌构型对螺旋霉素发酵的影响作用不同。混合式搅拌桨传质能力强、混合效果好、搅拌剪切温和，有利于螺旋霉素产生茵的生长和产物的合成，螺旋霉素平均放罐效价较径向流组合搅拌桨提高了11．1％。     

撞击流反应器停留时间分布

在直径300 mm、高500 mm的冷模装置上,以水为介质,KC l饱和溶液为示踪剂,测定了两喷嘴及四喷嘴撞击流反应器的停留时间分布,探讨了流量以及喷嘴数量对停留时间分布的影响。结果表明:流量相同时,增加对置喷嘴数量可明显改善反应器内混合效果;利用前短路Γ混合模型和组合模型对实验数据进行了关联,并对两种模型的特点进行了分析比较;模拟计算结果显示:模型可以很好地描述撞击流反应器的停留时间分布。     

气溶胶反应器中合成TiO_2超细颗粒

将金属醇盐水解反应移至气相反应中,利于Ti(OC_4H_9)_4醇盐经喷雾和惰性气体冷激形成亚微米级的液滴,然后同水汽反应,在较低温度下合成了纯度高且单分散性能好的TiO_2超细粒子。将上述过程分解为混合段与反应段,导出了表征颗粒成核与生长的多段全混反应器串级模型。该模型较好地解释了实验现象和结果,理论预测和实验研究表明,产物颗粒粒径与反应器中流动、混合状况及反应体系的热力学性质有关。     

钯复全膜反应器中异丁烷脱氢反应的数学模拟

对化学反应与膜分离的动态过程进行了关联,建立并求解了一维数学模型,根据异相烷脱氢反应速率方程和膜反应器模型对反应器中的异丁烷脱氢反应进行了具体分析,模拟了操作条件（反应温度、原料气空速、吹扫气流量、原料气组成和原料气村力）对异丁烷转化率增量的影响,模拟值与实验值相比较,在数值上虽有一定的偏差,但与实验结果基本一致。     

苯乙烯悬浮聚合过程的动态建模、操作优化及控制

利用系统辨识方法,建立苯乙烯悬浮聚合反应过程的动态数学模型。在满足产品质量条件下,采用二级优化算法,求出反应时间最短的最优操作条件。计算结果经部分实验数据验证。探讨了该反应器的质量优化控制问题,提出两种优化控制方案。     

心肌桥对冠状动脉血流量的影响

目的研究心肌桥对壁冠状动脉血流量的影响。方法利用心肌桥模拟装置,建立壁冠状动脉受压迫状态的圆形收缩模型,并进行心肌桥在收缩期到舒张期影响壁冠状动脉血流量的数值模拟,用有限元软件CFD对数值进行模拟分析。结果在血管狭窄部位血流主要为高速层流,随压迫程度增大,高速层流区流速加快。在同一心率、同一血压范围内,流速随着收缩程度的增大而加快。结论心肌桥对冠状动脉压力和流量的影响与其对冠状动脉的压迫程度和频率有关。     

考虑径向流速分布的二维非均相径向氨合成反应器模型

导出了考虑床层径向流速分布的径向床二维非均相模型，通过计算模拟考察了不均匀流动对三段径向冷激式氨合成塔性能的影响。计算表明：在各种不同的床层进口温度、入口氨浓度和活性系数下，流动的不均匀度所造成的影响是不同的，提高进口温度，降低入口氨浓度和提高活性系数有利于降低流动不均匀对三段径向合成塔净值和生产能力的影响是有限的，在计算条件下，均匀流动和不均匀度高达７０％相比，生产能力只下降了２％。     

三相下喷式环流反应器的气含率和传质性能

在三相非牛顿型流体体系中，对下喷式环流反应器的气含率和传质特性进行了实验研究。讨论了气速、液速、导流筒直径与反应器直径比、固体装填量、羧甲基纤维素钠溶液浓度及其流变特性对它们的影响。实验结果表明，气含率和传质系数随气速的增加而增加，而液速对其影响较小。在实验条件下，发现最优的导流筒直径与反应器直径比在０．４￣０．５这一范围，最优的固体装填量约为ψ＝０．０３，同时提出了气含率和容积传质系数的经验关联     

煤直接液化浆态反应器内气-浆流动与反应的CFD模拟

以褐煤直接液化小试反应器为研究对象,将反应器内气-液-固三相流动简化为气-浆两相流动,使用Fluent 14.0及双流体模型,模拟预测高温、高压条件下气-浆两相流动及反应的耦合过程。对反应器内等温流场进行了三维瞬态模拟,结果表明：反应器内总体气含率较低,约为0.016 5;气-浆流速较低,且壁面附近浆液回流和返混显著;浆液在反应器内平均停留时间约为70 min,与液化反应所需时间匹配。使用Matlab最小二乘曲线拟合方法,获得褐煤在430℃、10 MPa下的液化反应速率常数,通过用户自定义函数（UDF）将动力学参数导入Fluent求解器,对反应器内流动和反应过程耦合求解。结果显示：反应器出口处煤的转化率约为89.25%,沥青质（PAA）和油气（OG）产率分别为26.33%和61.81%,与测量值吻合。此数学模型及数值方法有望应用于中试及工业装置,指导液化工艺优化和反应器的设计放大。