马鑫[1]2000年在《搅拌桨叶表面应力的测量及分析》文中研究表明搅拌转速、搅拌桨的离底距离、液位、搅拌桨的叶端安放角等都会对作用于搅拌桨叶上的流体作用力产生不同程度的影响。本文在直径T=1.6m的平底圆柱形搅拌槽内，使用一套随轴运转的数据采集系统，采用电阻应变测量技术，通过在CBY(长薄叶螺旋桨)桨叶的上下表面相对的位置粘贴45°的应变花来测量桨叶表面的应变的方法，得到桨叶表面的应力。进行了不同的操作条件下CBY桨叶表面应力的测量，并对测量结果进行分析。分析结果表明： 桨叶表面的应力具有脉动性，在本次实验的不同条件中，叶片表面应力对其时均值的最大变化范围为±60％。 距离搅拌轴中心0.3倍的搅拌器半径，即0.3R截面上存在最大应力。最大应力的作用点在该截面下表面的中点。 在叶端安放角β_t从17.6°到23°时，随着叶端安放角的增加，桨叶表面的应力也在增加。 液位与搅拌槽直径的比值Z／T存在一个值，在Z／T大于该数值时，随着转速的增加，桨叶表面的应力增大。当Z／T小于该数值时，随着转速的增加，桨叶表面的应力减小。 本工作的成果将对工业化应用中确定CBY型桨叶的厚度和搅拌装置结构的设计提供重要参考和依据。
李志鹏[2]2004年在《CBY搅拌桨叶的数值分析》文中研究表明本论文对 CBY 搅拌桨叶进行了数值分析,包括桨叶参数化实体模型的建立、搅拌槽内流动场的数值模拟及桨叶的应力计算等三方面内容。文中的主要工作及结论如下:编写了 CBY 桨叶特征尺寸的计算程序,建立了桨叶参数化实体模型。模拟了 CBY 桨叶的流动场,得到的桨叶功率消耗与实验数据基本吻合。分析了桨叶的受力,认为由桨叶凸面和凹面的压力梯度所产生的力和力矩对桨叶的应力状况起主要作用,同时导出桨叶表面的压力场数据。采用两种方法将桨叶表面流场分析的数据转化为桨叶应力计算模型中的载荷条件,并对桨叶进行了应力计算,得到 CBY 桨叶表面的等效应力分布规律:1)桨叶凸面的弦长方向上,等效应力在靠近桨叶两侧的区域较低,在桨叶中间区域则较高;2)桨叶凹面的弦长方向上,根据桨叶根部约束的不同,等效应力分布可以分两种情况;3)桨叶凸面和凹面的直径方向上,整体呈单调递减趋势,最大等效应力位置接近桨叶与轮毂的连接处。 I<WP=4>北京化工大学硕士研究生学位论文本文分析问题的方法及部分计算结果可以为进一步的实验应力测量提供指导和方向。另一方面,按照本方法得到的数据也需要进一步的实验验证。
李志鹏, 崔文勇, 马鑫, 刘新卫[3]2004年在《搅拌槽内流体作用力下搅拌桨叶的应力计算》文中进行了进一步梳理文中利用搅拌槽流场模拟的数据 ,结合有限元分析软件ANSYS ,对翼形CBY搅拌桨进行了应力分析。文中采用了一种插值方法 ,实现了从流场数据到有限元模型载荷的数据交换 ,并对一个实验搅拌桨进行了应力分析 ,其分布规律与参考文献的实验测量值一致。
侯拴弟[4]1997年在《搅拌槽内三维流场的实验研究及数值模拟》文中提出机械搅拌反应器以其适用范围广、操作弹性大等特点，广泛应用于诸多工业过程，目前对其虽然已有许多理论研究和实验研究，但有关的理论及设计计算方法仍不完善，设计计算仍处于半经验半理论阶段。本文采用先进的三维激光测速技术，对搅拌槽内局部湍流特性进行了实验研究，测量了固-液体系中固体颗粒存在下液相速度及湍流特性的变化，并结合计算流体力学的方法，成功的模拟了单相及固液两相体系搅拌槽内流动场。 本文在槽径为Φ500mm的有机玻璃槽内，采用三维激光测速仪系统的测量了单相体系搅拌槽内流体时均速度、脉动速度、湍流能谱及相关函数等，分析了搅拌槽内速度信号特点，研究了不同条件下以及搅拌桨叶周期运动对时均速度、湍流强度等空间分布规律的影响。详细测量了多层搅拌桨-槽体系槽内时均速度及湍流参数分布，分析了桨间距对时均速度等流动特性的影响。 采用三维激光测速仪测量了固-液两相搅拌槽内液相时均速度、脉动速度及湍流强度，研究了有固体颗粒存在时液相时均速度、湍流强度及湍流能谱的变化。基于固液两相中固体颗粒的运动方程，推导了颗粒在湍流域中脉动滑移速度表达式，讨论了颗粒增强及抑制湍流条件。 根据搅拌槽内运动特点，本文建立了求解k-ε湍流模型控制方程组的统一数值解法，编制了大型的三维搅拌槽内流动场数值模拟程序，模拟计算了单相体系下，单层及多层桨-槽体系流动场及湍动场分布，并与激光实验测量结果进行了对照，两者符合较好。模拟了不同操作条件(D／T、C／T)及不同流动域下搅拌槽内速度场分布，研究了时均边界条件、脉动边界条件对模拟计算时均速度场的影响。在“黑箱”模拟的基础上，提出了搅拌槽内流动场的整体模拟(同时考虑桨叶区及桨叶以外区域流动)方法，对六直叶涡轮搅拌槽内进行了数值模拟，计算结果与实验测量结果吻合较好，且模拟预测结果优于“黑箱”模型预测结果。该模拟方法减小了模型计算对实测数据的依赖，拓展了数值模拟程序的使用范围。 在双流体模型框架内，将颗粒相湍流kp方程用于固-液体系搅拌槽内流动场的数值模拟，编制了基于固-液两相双流体模型k-ε-kp的大型数值模拟程序，计算了稀疏固液两相体系搅拌槽内流动场分布，定性预测了固体颗粒浓度变化对固液两相宏观速度场的影响。
孙冬冬[5]2012年在《疏水缔合聚丙烯胺搅拌槽内部流场的数值模拟研究》文中进行了进一步梳理搅拌器在化工、食品、生物工程等领域应用非常广泛,而固、液两相流的搅拌混合操作在生产中最为常见,所以对固液两项流混合的流场研究也是研究者们比较关心的领域。以往对搅拌设备的设计主要依赖于经验放大理论,然而该理论并不够完善。在设计中并不能清晰了解搅拌槽内流场的详细分布情况,随着计算流体力学(CFD)的不断完善,利用CFD技术研究搅拌槽流场情况得到广泛应用,本文将使用CFD软件中的FLUENT软件对某聚酯生产厂中某一搅拌器的流场分布情况进行了数值模拟研究,并对搅拌槽进行了流-固耦合数值计算。本文首先利用FLUENT软件采用多重参考系法对疏水缔合聚丙烯胺(AP-P4)混合过程进行了数值模拟,分析了搅拌槽内流场的速度分布图、压力云图、浓度分布图以及湍流动能分布及其耗散率,而且计算了搅拌功率,通过分析搅拌槽的流场状况,对其搅拌桨叶的角度进行了改进,并对改进后搅拌槽进行了数值计算,将改进前后两计算的浓度分布进行了比较,可得出改进后颗粒的浓度分布得到改善的结论本文对搅拌槽进行了初步的流-固耦合计算,通过计算可知搅拌桨叶的应力以及应变的分布情况,讨论了搅拌桨叶在不同工况下应力、应变以及振动频率的变化情况,为以后搅拌桨叶流-固耦合问题的进一步研究奠定了基础。
聂毅强[6]2001年在《搅拌槽内三维流动场的实验测量与数值模拟》文中研究表明本文对简化的粒子成像测速技术(PIV)，利用AUTOCAD的二次开发工具简化了图像处理过程，节省了数据采集时间，提高了测量精确度，并适于处理清晰度较差的流场图像，使其适用于大尺寸、流质透明度较差的搅拌槽体系的流场测量。 PIV法能够测量同一时刻流场中某一平面上许多点的瞬时速度，保留了流场空间结构信息，适用于搅拌槽内强非定态流场的测量。而单点测量技术不会记录下瞬态流场的空间相关信息。 将改进的PIV技术应用于搅拌槽内质量分数为0.6％CMC水溶液和清水流动场的测量，比较了输入功率相同时CBY桨和PBT桨，在不同转速(两个转速)，不同桨层数(单、双层)在0.6％CMC水溶液和清水中的流场特性。清水中CBY桨和PBT桨以轴向流动为主，PBT桨有较大的径、切向速度；0.6％CMC水溶液中CBY桨和PBT桨切向流占优势，单层桨不能形成良好的轴向循环；增加转速有利于提高轴向流动；双层桨在桨间存在停滞流，不利于全流场轴向循环的形成，尤其以双层PBT桨在0.6％CMC水溶液流场最明显。 利用计算流体力学软件CFX对实验条件下的单层CBY桨和PBT桨在清水中，两种转速的流场和单层PBT桨在0.6％CMC水溶液的流场进行了模拟，并与实验结果进行了比较。数值模拟的流场图与实验流场图基本一致，不同位置轴向时均速度的模拟值与实验值吻合很好，但最大值偏大。径向、切向时均速度与实验值有一定的差别。
景玲[7]2013年在《立式捏合机搅拌桨叶应力与温度数值分析研究》文中进行了进一步梳理本文以5L立式捏合机为研究对象,采用CFD数值模拟的方法对固体推进剂混合流场进行分析研究,以计算机为工具对桨叶进行应力分析与对比,进而得到锅壁上的压力及温度分布情况,为测试系统中传感器的安装提供参考依据。首先,通过确立料锅内径D、最小间隙e、空心桨螺旋角a2,及两桨叶角速度ω。,ω2等五个独立参数,利用三维建模软件进行了桨叶的参数化建模工作,实现了桨叶的参数化计算机辅助设计,包括空心桨叶、实心桨叶的实体建模以及复杂桨叶三维造型的方法,为桨叶的研究工作奠定基础。其次,运用计算流体力学理论,确定了壁面与物料无滑移、混合流场封闭、向下的重力加速度、物料的粘度和密度等边界条件,并对混合物料进行非结构的网格划分。再次,以计算机有限元分析软件为工具,使用动网格更新方法对混合流场进行瞬态模拟,通过编译C语言源代码实现施加各种复杂的边界条件,完成混合过程的数值模拟,对速度场、压力场、粘度场进行分析与理论对比,由此确定立式捏合机混合流场数值分析与预测方法。然后,通过理论分析和数值模拟,结果表明：桨叶转速与剪切应力成正比例关系,转速高,剪切应力越大,即混合能力越强,同时对桨叶的强度要求也越高；在搅拌的过程中,粘度值随着物料速度的增加而增加的,在粘度超过某个值时(本例中600Pa.s),桨叶剪切应力力急剧上升,但同时流量反而减小,此时对搅拌效率并无提高,并且对桨叶的强度要求较高；在混合物料中,固体组分的增加会对剪切应力有较大影响,固体比例越高桨叶剪切应力越大,对桨叶要求越高,所以一般控制在40%-75%左右。改变桨叶转向和实心桨相位,进行数值模拟,得出：搅拌锅壁上的应力呈周期性变化,所以测试系统中传感器可以均匀分布；正转时,物料运动方向向下,锅底应力较大且集中在锅底边缘附近和中心位置,反转时,物料向上翻滚,故间断的改变桨叶的旋转方向可以提高混合效率。利用流场中的压力,通过UDF方法对流场温度进行数值模拟,结果表明：桨叶叶刃及最小间隙附近流场温度较高,接近锅底部的叶尖处温度最大,故此处对桨叶抗温度变形的要求较高；锅壁温度分布较均匀,但底部温度主要集中锅底边缘和中间,所以测试系统中温度传感器应在离锅底边缘不远处和锅底中心。
郭晓攀[8]2015年在《非牛顿流体气液两相流的实验研究与数值模拟》文中认为搅拌反应器在化工领域应用广泛,本文以多层桨搅拌反应器为研究对象,对不同溶液中的气液两相流进行了实验研究与数值模拟。考察了CMC浓度、桨型组合、通气量和搅拌转速对通气功率、气含率和体积氧传质系数的影响。结果表明,在相同操作条件下,随着CMC浓度的增加气含率和体积氧传质系数减小；下压组合桨的气含率高于上翻组合桨,功率消耗受粘度影响小；BTD+2HDTd组合桨体积氧传质系数高于BTD+2KSXd。综合考虑,BTD+2HDTd组合桨的传质和混合特性最佳。考察了气体分布器对CMC介质中通气功耗和气含率的影响,得出微孔分布器比圆环分布器更有利于气体分散。研究结果为工业反应器的设计与放大提供了基础数据,具有一定的参考价值。对新型组合桨BTD+2HDTd进行了单相模拟,计算得到的功率准数与搅拌功率略高于实验值,偏差最大不超过5%。对于气液两相流的模拟采用CFD和PBM耦合求解。采用多重参考系法和SST湍流模型计算,采用默认的曳力模型模拟的气含率较低,改用修正的Symmetric曳力模型得到的总体气含率和功率消耗与实验结果基本吻合。此外,模拟还得到了大量实验条件下难以测量的局部信息,如宏观流场、表观粘度分布、气含率分布等,直观地探究了反应器内的流体混合状态。
秦青[9]2014年在《粘弹性聚合物溶液搅拌流场数值模拟研究》文中研究说明部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)是广泛应用于油田开采的工业产品之一,HPAM溶解过程是聚合物驱油工艺中的熟化环节,由于现在油田多采用高分子量的HPAM溶液,原有的配置单元对其溶解过程产生不适用性,导致溶解熟化时间长、搅拌效率低,在搅拌槽底部容易结块,直接影响HPAM溶液的输入质量和聚合物驱的宏观经济效益。因此,对于研究HPAM溶液的流变性质,给出适合描述HPAM溶液流变性的本构方程及流动控制方程,建立合理的搅拌流场数学模型,开发新型搅拌装置以及研究其搅拌流场的流型特点,对改善聚合物驱技术和提高原油采收率具有重要理论意义。根据HPAM溶液的粘弹实验数据,采用平均标准偏差作为目标函数,结合KBKZ本构方程,拟合出不同分子量下不同浓度的松弛时间谱。在松弛时间呈10-2-103s之间的规整梯度下,找出对应的松弛模量的变化规律;在准确可靠表征HPAM溶液粘弹性的前提下,将松弛时间谱的个数减少为三个,降低了工程计算的难度。为改进HPAM溶液熟化配置单元,设计出一种螺旋翅片式节能桨,该搅拌桨主体支架为锚形,主体桨叶底部横梁为圆柱形,在搅拌桨两端桨叶紧贴圆管外壁增装螺旋翅片,螺旋翅片逆时针自两端圆管的底端旋转到达圆管的上端。螺旋翅片的这种空间旋转结构有利于流体的轴向流动,并且使待混合流体的轴向速度沿轴线分布均匀,实现了流体在整个搅拌槽内流场分布的优化,同时该搅拌桨降低了其在搅拌过程中的功率消耗,节约能源。采用数值模拟的方法研究了锚式桨和螺旋翅片式节能桨在牛顿流体以及其它不同流变指数的假塑性流体中的三维流场混合性能并进行分析对比,包括两种搅拌桨在不同高度处、不同雷诺数下、不同流变指数流体中的流场特性。对不同螺旋翅片间距以及搅拌桨直径d和搅拌槽直径D比值情况下的流场进行分析,计算获得锚式桨和不同几何尺寸螺旋翅片式节能桨的功率消耗曲线以及Metzner常数。结果表明,螺旋翅片式节能桨与锚式桨相比,促进了搅拌槽内流体的轴向和径向流动,减小了功率消耗,提高了全槽平均剪切速率。随着螺旋翅片间距的增大和d/D比值的减小,搅拌桨功率消耗降低,同时全槽平均剪切速率略有下降。
陈佳[10]2012年在《侧进式搅拌反应器内均相及多相流体动力学的数值研究》文中指出侧进式三相搅拌反应器是脱硫吸收过程的核心设备,在烟气脱硫过程(FGD)中得到广泛应用。反应器内存在复杂的流体办学行为,包括浆液、固体颗粒和氧化空气的三相流动,直接影响传质和化学反应,决定了整个吸收塔的脱硫效率。但是,由于设备尺寸较大(直径达20m)和大量固体颗粒(脱硫产品晶体)、气泡(氧化空气)的存在,其流体力学的实验研究颇为困难,其设计和优化主要通过工程经验来实现,致使反应器的性能难以达到设计要求。近年来,计算流体力学(CFD)技术已经成为工业设备设计中通用的流体力学研究手段,但对侧进式三相搅拌釜,目前还鲜有报导。本文针对大型侧进式搅拌釜,以CFD技术为主要研究手段,对釜内均相和多相流场开展深入研究,以望为脱硫塔三相氧化釜的设计及优化提供理论依据。论文主要开展了以下几方面的研究工作。首先,采用雷诺平均N-S控制方程组和标准k-e湍流模型相结合,以一个直径和高度均为13m的大型侧进式搅拌釜为研究对象,对其内部均相宏观流场进行数值计算。结果表明,将计算域划分为大约90万网格时计算得到的搅拌功率曲线和流体速度分布与实验数据吻合较好；考察不同操作参数和搅拌桨安装情况对釜内低速死区分布的影响发现,增大搅拌转速很难彻底有效地消除水平面上的死区；搅拌桨垂直向下5.71°或水平偏转11°安装能明显改善流体运动。三桨和四桨搅拌体系对釜上部流场的优化要好于两桨体系；但在相同转速下,双桨、三桨和四桨搅拌釜的搅拌功率不同程度地高于单桨搅拌釜。综合考虑,三桨体系搅拌效率较高。其次,对三种轴流桨：宽叶推进式轴流桨(WBH)、旋流式轴流桨(MTP)和窄叶推进式轴流桨(NBH)进行了比较研究。在低粘度流体搅拌中,WBH和MTP的搅拌功率较高,但由于泵排量也较大,因此泵送效率明显高于桨叶较窄的NBH。三种桨叶背后均形成一个单一的尾流漩涡,但是WBH和MTP的尾涡结构使得釜内整体循环流动更理想,即排出流类似于水平射流,且速度分布梯度较大,形成了一个较大的循环流动；而NBH的排出流一定程度地偏向桨径向方向,导致其泵轴向排量明显小于WBH和MTP。此外,MTP的流线型桨叶使得其尾涡里的湍流动能较小,能有效地预防搅拌桨周围气穴的形成,因此将其应用到一个冷模气液侧进式搅拌釜中,气液分散效果较好。第三,检验了不同气液界面边界条件和相间作用力模型对气液两相流模拟的影响。采用的气-液界面边界条件包括：速度进口、压力出口、仅考虑质量守恒的脱气边界和同时考虑相间反作用力的脱气边界；而相间作用力模型包括：标准S-N曳力模型、修正S-N曳力模型、Tsuchiya曳力模型和升力作用模型。结果显示,在采用速度进口作为气-液边界面条件、修正S-N模型或Tsuchiya模型作为曳力模型时,总体气含率和气体分布的预测结果与实验数据吻合较好,且升力作用对预测结果影响不大。气体的加入会对液相流场产生影响,特别是在釜上部区域内；增大转速能增强釜上部的液相轴向运动和釜下部的液相径向运动；大通气量和高转速下,釜中心到壁面间的通气区域内局部气含率梯度较大,导致流体密度差增大,从而使得整体流动更为剧烈。第四,采用考虑气泡聚并和破碎的气泡界面浓度模型(BIACM)(?)和气泡群平衡模型(BPBM)两种气泡尺寸预测模型对气-液侧进式搅拌釜内气泡尺寸分布进行了研究,实现了BIACM-CFD和BPBM-CFD耦合计算。在BPBM-CFD耦合计算中,将Luo&Svendsen破碎模型分别与Luo聚并模型和Prince聚并模型组合。结果表明,在较高湍动能耗散率区域内,这两个聚并模型存在较大差异,但是预测气泡尺寸均集中在3-5mm之间,这与实验结果相一致。最后,采用欧拉-颗粒多相流模型对固-液两相流进行模拟,考察了RSM和标准k-εmixture两种湍流模型的影响。结果表明,欧拉-颗粒多相(EGM)方程和标准k-εmixture湍流方程相结合的CFD模型的预测较为准确；临界悬浮转速和颗粒粒径及固体装载量之间、无量纲颗粒悬浮高度与搅拌转速之间均成线性关系；大颗粒由于自由沉积速度增加,增加搅拌转速对固体悬浮的改善不明显；高固含量下,受阻沉降和悬浮粘度增加的共同作用使得颗粒悬浮均匀度增加。
参考文献：
[1]. 搅拌桨叶表面应力的测量及分析[D]. 马鑫. 北京化工大学. 2000
[2]. CBY搅拌桨叶的数值分析[D]. 李志鹏. 北京化工大学. 2004
[3]. 搅拌槽内流体作用力下搅拌桨叶的应力计算[J]. 李志鹏, 崔文勇, 马鑫, 刘新卫. 北京化工大学学报(自然科学版). 2004
[4]. 搅拌槽内三维流场的实验研究及数值模拟[D]. 侯拴弟. 北京化工大学. 1997
[5]. 疏水缔合聚丙烯胺搅拌槽内部流场的数值模拟研究[D]. 孙冬冬. 华东理工大学. 2012
[6]. 搅拌槽内三维流动场的实验测量与数值模拟[D]. 聂毅强. 北京化工大学. 2001
[7]. 立式捏合机搅拌桨叶应力与温度数值分析研究[D]. 景玲. 西安工业大学. 2013
[8]. 非牛顿流体气液两相流的实验研究与数值模拟[D]. 郭晓攀. 华东理工大学. 2015
[9]. 粘弹性聚合物溶液搅拌流场数值模拟研究[D]. 秦青. 沈阳理工大学. 2014
[10]. 侧进式搅拌反应器内均相及多相流体动力学的数值研究[D]. 陈佳. 华东理工大学. 2012