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。     

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。     

PIV和CFD在搅拌桨设计和优化中的应用

综述了激光粒子图像速度场仪(PIV)和计算流体力学(CFD)技术在搅拌桨设计和优化中的应用,阐述了PIV的实验测量基本原理及从平面PIV向三维PIV的发展趋势。目前,CFD数值模拟方法主要集中在雷诺平均方法(RANS)和大涡模拟方法(LES),而直接数值模拟方法由于物性模型精度以及计算量等原因尚难以工程化直接应用。通过CFD数值模拟方法和PIV实验方法验证,探究搅拌槽式反应器中速度场、剪切场、湍流动能耗散速率场等微观信息,进一步可以得到循环流量、平均剪切速率、搅拌功率、混合时间等宏观信息,这些结果将有助于对搅拌反应器中的流动与混合过程的深入剖析。随着高性能计算技术的发展,CFD数值模拟方法将会得到更大的应用,其与先进的三维PIV技术的耦合,将成为搅拌反应器设计与优化的重要方法。     

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。     

木质纤维素预处理物系的流变学特性表征以及计算流体力学模拟

预处理是木质纤维素生物炼制中的关键环节。传统的预处理一般在实验室规模的小尺度条件下进行,并未考虑大尺度反应器内的搅拌及搅拌桨型式对混合、传热和传质及预处理效果的影响。研究了在无游离水相存在的干式稀酸预处理反应器中,引入螺带搅拌桨强化混合和传递的可行性,对由固体玉米秸秆颗粒构成的固相体系进行了“拟流体”假设,针对木质纤维素吸水性强、流变学特性无法直接测定的特点,通过测定搅拌体系的扭矩值间接获得秸秆物系的表观黏度(ηa)和表观剪切速率(γeff),从而获得了表征秸秆物系虚拟流体的流变指数(n)和稠度系数(Kpl);建立了干式预处理过程的计算流体力学(CFD)模型,并通过比对秸秆物系冷模实验和CFD模型计算的功率消耗和混合时间,验证了所建模型的准确性。CFD模拟和冷模实验的结果表明在无游离水相存在的干式预处理反应器中引入螺带搅拌桨进行强化混合和传递是可行的,并为带有搅拌的预处理反应器的放大和加工提供了依据。     

非结构化四面体单元用于搅拌设备流场的计算

采用非结构化四面体单元,利用滑移网格技术模拟了搅拌设备内的非定常流场。通过搅拌桨叶端时均速度、功率准数与实验值的对比,量化考察了不同因素对计算精度的影响,指出了建模过程中网格划分和参数设置应遵循的原则,为非结构化四面体单元进一步用于搅拌设备CFD分析提供了可靠的理论依据,从而为基于CFD技术的具有复杂型面的新型搅拌桨的开发打下基础。     

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。     

生物搅拌反应器的CFD模拟及在肌苷发酵中的应用

通过改变搅拌桨叶间距,对50 L的气液搅拌生物反应器在指定转速、每升发酵液中每分钟通入空气1 L条件下的搅拌流场、剪切力、空气体积分率进行模拟,从流体力学角度对反应器进行了优化。将模拟优化结果用于实际肌苷发酵过程中,结果表明:计算流体力学(CFD)模拟优化后的搅拌桨位置能改善发酵罐内部的流场和气体分布,从而对菌体代谢和肌苷合成产生影响,使每升发酵液的产苷量提高了4.06 g。     

基于CFD方法的啶虫脒结晶釜搅拌器优化设计

采用计算流体力学(CFD)方法对啶虫脒结晶釜进行了模拟与优化,考察了不同搅拌转速下的速度分布均匀性和晶体体积含量分布均匀性,结果表明高效轴流型桨SP306对晶体悬浮的效果较好,搅拌转速对晶体体积含量分布均匀性有显著影响,确定了90 r/min为优化后的搅拌转速。经工业应用,验证了优化设计的合理性,产品粒径分布有明显改善。     

卧式搅拌床反应器的返混特性

在卧式搅拌床反应器冷模实验装置中,使用不同的聚丙烯粉料,采用脉冲示踪法测定了不同搅拌桨结构下的停留时间分布,同时分别采用多级全混釜串联模型和双参数模型对实验结果进行了模拟计算。结果表明：叶片桨的卧式釜搅拌返混最大,最接近于全混流;T型桨的卧式釜搅拌返混最小,最接近于平推流。     

降解黄原胶与降解魔芋胶形成的凝胶体系的流变性

以降解黄原胶与降解魔芋胶为主要原料,将两者在一定条件下共混制得不同的凝胶体系,考察了共混比例、总胶浓度、共混时间、盐离子浓度对凝胶体系流变特性的影响,并研究了该凝胶体系的本构方程。结果表明:降解黄原胶与降解魔芋胶凝胶体系具有剪切变稀特性,其本构方程为非线性共转Jeffreys模型,模型计算值与实验值吻合良好。     

液体滞留区对塔板效率的影响——汽体不混合、液体部分混合

在汽体不混合、液体部分混合条件下,对于液体滞留区对塔板效率的影响,提出了一个新的数学模型。经与同类模型相比较,计算结果与AIChE的实验值较接近,计算过程较简便。     

低压轴流风机的内部涡流特性及气动噪声

以中央空调中带导风圈的低压轴流风机为研究对象,对其内部涡流特性和气动噪声展开研究。采用大涡模拟计算了均匀进气情况下半管道式低压轴流风机的三维瞬态流场。计算结果表明叶尖涡是其内流场主要特征,叶尖涡的形成、发展和破碎对气动噪声源的分布有重要影响。提取了主要噪声源处的非定常压力脉动进行频谱分析,显示其叶片尾缘处脱落涡频率特征明显。风机的远场噪声采用LES/FW H声类比方法进行预测,结果表明低压轴流风机的气动噪声以宽频成分的紊流噪声为主,预测的声压级频谱与实验吻合得较好。     

贲门形成术加胃底折叠的动物实验研究

本文报告了贲门形成术加胃底折叠的动物实验研究,目的在于保证胃底折叠的松紧度适宜及观察这种手术的抗返流作用.结果表明采用直径1-1.2cm(?)管作支架,可以保证折叠时的松紧度.贲门形成加胃底折叠后可形成半环状的瓣膜、包绕食向末端的胃底形成“穹窿”、这在抗返流中直着重要作用,这种手术重建的括约肌抗返流功能良好,并能长期保持.本实验研究为我科设计的贲们形成术加胃底折叠治疗食管失弛缓症提供了理论依据,文中尚结合实验结果对胀气综合症的原因和预防提出了讨论.     

改善管式反应器内微观混合的途径

提出改善管式反应器内微观混合的基本途径是:减小流体初始微团尺寸和增加局部能量耗散速率。流速、管径、加料位置、体积比,特别是物性,通过影响这两个参数而影响微观混合性能。实验用化学偶合法考察了空管、Kenics静态混合器、湍流促进器、多孔分布板、肋条人工粗糙管及几种喷射器内的混合特性。结果表明,内插件和喷射器均能显著地改善管内微观混合状态。其中以Kenics静态混合器、多孔分布板和带有节流口的喷射器效果最佳。     

环氧树脂/PAMAM体系的固化动力学研究

用动态扭振法研究以聚酰胺-胺(PAMAM)为固化剂的环氧树脂／PAMAM体系的固化动力学行为。结果表明，该实验体系能够很好地用Flory理论和Avami方程进行拟合。     

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。