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。     

固液两相体系中双层搅拌桨叶的结构优化数值模拟

应用多重参考系法以及欧拉多相流模型,对双层搅拌釜内固液两相流进行CFD数值模拟,考察了不同桨叶组合形式及其安放角(θ)对固体颗粒悬浮以及功率消耗的影响。结果表明:在双层下压式斜桨中,上下层桨叶间的协同作用可以有效促进主体循环流动,提高釜内整体湍动程度,改善颗粒悬浮状况;安放角对釜内整体流型无明显影响,但体系的轴向速度、湍动能以及功率消耗都随着θ的增大而增大,其中θ为45°时可以适宜的功率获得较强的轴向流动和湍流脉动,有利于实现固体在釜内的均匀分布。     

工业结晶器内流体流动过程的数值模拟

对某无机盐工业结晶反应器中的流体流动过程进行了三维数值模拟,采用多重参考系法(MRF)及标准k-ε模型,分析了桨型、转速、桨的安装高度对结晶器流场的影响情况。计算结果表明：速度分布主要集中于内导流筒内部以及内、外导流筒之间的区域,相应地,结晶器被粗略地划分为对反应结晶过程具有不同作用的两个区域——内导流筒内速度较大的循环区和外导流筒外速度较小的沉降区。通过对循环区和沉降区的速度分布比较,认为推进式搅拌桨的流体流场速度云分布均一性要好于其他型式的搅拌桨,其最佳安装高度为3.5～5.7 m。在合适的搅拌速率下,结晶器沉降区的流体流动速率具有均匀向上的特点,可以有效带出部分小粒子,有利于获得大粒度产品。通过流动过程的数值模拟获得详细的流场分布及操作参数,为结晶器结构和操作参数优化提供了理论指导。实践表明：优化后的产品粒度显著提高,产品中大于0.2 mm的粒子从优化前的不足50%提高到优化后的90%以上,干燥产品的天然气消耗从优化前的22 m3/t降低到优化后的15 m3/t,节能降耗效果显著.     

自吸式涡轮搅拌桨的性能研究

系统地测定了自吸式双圆盘六叶涡轮桨应用于气-液-固三相浆态搅拌反应器的性能。研究了吸入气体的临界转速、表征搅拌桨对气体抽吸能力的吸气压力、气体自吸的吸入流量、搅拌功率、气含率、气液分散性能和气液传质规律,以及固体催化剂颗粒的悬浮问题。采用磁钢密封结合自吸式涡轮搅拌桨的三相浆态搅拌反应器,比较适宜于精细化学品合成的工艺研究及本征动力学测定,并对中小规模三相浆态反应工艺的连续化生产提供了可行性研究。     

Y形冲击射流微混合器流场结构和分割强度的数值模拟

运用三维变密度不可压计算流体力学方法对微型Y形冲击射流进行流动结构研究.结果表明:入射角度和入射速度是影响流场结构和混合效果的两个重要因素.通过对流场结构的分析、混合效应的定性和定量分析以及对流场中分割强度的研究发现,入射角度和入射速度越大,分割强度越小,混合效果就越好.     

空气射流真空器性能的数值模拟

以空气射流真空器为研究对象,采用FLUENT软件对其内部流场进行数值模拟,得出空气射流真空器内部流场的速度和压强的分布云图.分析了一定工况下,面积比、吸入段锥角、喉嘴距、喉管长度和扩散段锥角对空气射流真空器残余压强的影响,得到较优的结构参数,为空气射流真空器的设计和研究提供一定的理论支持.     

四喷嘴对置式撞击流的数值模拟

通过实验测量和数值模拟(Realizable к-ε湍流模型)相结合的方法研究了四喷嘴对置式撞击流的流场，得到了两者相吻合的结果。模拟结果再现了装置内的分区流动情况；通过对模拟数据分析，计算出了回流比沿装置轴向的分布，发现喷嘴顶部高度和喷口速度的大小对顶部空间的回流比分布影响明显；而喷嘴顶部高度和喷口速度对喷嘴以下空间的回流比分布影响甚小，大约距喷嘴2倍装置直径距离后喷嘴以下空间回流消失。     

聚氨酯反应挤出过程的数值模拟

采用三维有限元数值模拟结合标量混合分析方法,研究了反应物进料状态、转速及进料单体物质的量之比对聚氨酯在双螺杆挤出机中反应挤出过程的影响。反应进程不仅受停留时间控制,还与组分的均化程度有关。受组分浓度分布的影响,相比于预混进料,采用非预混进料方式导致反应程度较低;提高螺杆转速虽可加速均化过程,但却导致物料在挤出机中的停留时间缩短,因此需结合反应混合特性选取最优转速。通过数值模拟发现,采用90 r/min转速能达到较高反应程度。另外,模拟计算了不同预聚程度进料对反应挤出过程的影响。结果表明,采用二次投料法可阶段性控制聚合反应程度,提高反应挤出过程的稳定性,同时也便于为不同反应阶段的黏度范围匹配对应的反应器。     

油套管螺纹端面密封微观接触性能数值模拟

油套管接头在油气田工业中已得到广泛使用,其密封性能对油气井生产安全与环境将产生重要影响。以上扣拧紧时的螺纹接头为研究对象,在弹性范围内构建了锥螺纹接头端部密封面上挤压力的计算方法。利用粗糙密封表面微观接触分析方法,以某一具体的API圆螺纹接头为例数值模拟了拧紧力矩（圈数）、表面粗糙度和初始密封面间隙对端面密封性能的影响规律,获得了相应的变化曲线,并对这些曲线进行了分析。     

双组分制备级气相色谱分离过程的数值模拟

在研究分析性气相色谱分离模型的基础上，提出并建立了双组分制备级气相色谱分离过程的数学模型，模型包括物料平衡方程、吸附等温方程和传质方程。描述该过程的数学模型是隐形非线性偏微分方程，通过数值求解模拟分析了柱填充空隙率和流动相流量等不同操作参数对色谱分离的影响，并与文献实验值相比较，结果基本吻合，最大相对误差在4．86％以内，为实现工业放大和生产的最优化操作和控制提供了一定的指导作用。     

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。     

涡轮桨搅拌槽内混合过程的大涡模拟

在FLUENT 6.1软件平台和网络并行计算硬件平台上,采用大涡模拟(LES)的方法对涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟。利用滤波函数对N av ier-Stokes方程进行空间滤波,对大尺寸的涡直接进行求解,而被滤掉的比网格小的旋涡通过Sam agorinsky-L illy亚格子模型求解,对搅拌桨区域采用滑移网格技术。结果表明:大涡模拟对尾涡的预报优于雷诺平均(RAN S)方法,混合时间以及示踪剂响应曲线模拟结果和实验结果吻合较好,且优于RAN S方法。大涡模拟方法为准确预测搅拌槽内湍流流动的非稳态及周期性脉动特性提供了一种有效的工具。     

搅拌槽内新型疏水缔合聚合物AP-P4的溶解性

由于疏水缔合聚合物聚丙烯酰胺(AP-P4)的溶解性差,制约了聚合物驱油技术在海上油田的采收率。考察了温度、矿化度、转速、搅拌器型式及搅拌方式对AP-P4溶解时间和聚合物溶液黏度特性的影响,结果表明：温度与转速的提高有利于聚合物的加速溶解,但不利于聚合物溶液的增黏,存在一个适宜聚合物溶解的最佳矿化度范围;剪切力较小、循环量较大的搅拌器更适合AP-P4的溶解;采用翼型搅拌器向上排出流体,先高转速后低转速的搅拌方式能够加快AP-P4的溶解并获得较高的溶液黏度。     

连续串联釜式反应器中苯酚羟化制苯二酚的催化剂活性分布

在连续串联搅拌釜反应器(m-CSTR)中对铁复合氧化物催化剂作用下苯酚过氧化氢羟化制苯二酚体系中催化剂活性及其分布进行实验研究，结果表明：在催化剂使用过程中，催化剂活性衰减较快，得到催化剂活性与时间的关系式。为使m-CSTR中催化反应稳定进行，采用部分回用的方式进行操作，利用活性方程对m-CSTR中催化剂活性分布进行了计算。结果表明：随着回用比和回用次数的增加，催化剂的平均活性下降，回用比小于0．6时，催化剂的活性为开始活性的85％，可保持在较高的水平，产物组成也保持原有水平。串联釜级数对催化剂的活性及其分布、产物组成影响较小。     

搅拌设备内流场的数值研究

利用滑移网格法计算了六直叶Rushton涡轮搅拌设备内的流场。考察了计算流体力学(CFD)模拟搅拌设备流场的预测能力，分析了搅拌桨叶端及附近区域的流动行为。结果表明：CFD计算的时均速度与实验结果一致，CFD技术与实验手段可相互补充；搅拌桨叶片端部的速度分布并非关于叶片高度的中心位置严格对称，搅拌设备的流场结构并非完全由搅拌桨的行为决定；六直叶Rushton涡轮叶端附近区域最大径向速度点与最大切向速度点不在同一个位置，径向速度在叶端附近区域有一个流动发展的过程。     

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。     

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。     

同轴射流中颗粒流振荡弥散的LES-DPM模拟

采用大涡模拟(LES)和离散颗粒法(DPM)耦合对颗粒流在同轴射流中的振荡弥散模式进行了模拟。在考虑孔隙率和颗粒间碰撞作用的情况下,在Fluent中通过自定义函数对该模型进行了模拟。数值计算结果表明,LES DPM能较好地再现颗粒流在同轴射流中振荡弥散的模式,且模拟结果与实验结果吻合较好,获得了振荡弥散时的流场结构,加深了对振荡弥散的了解。