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气液搅拌釜多层桨叶相互作用及组合优化
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作者 谢楠楠 陈和 +3 位作者 叶光华 束忠明 傅送保 周兴贵 《化工学报》 北大核心 2025年第2期564-575,共12页
桨叶是气液搅拌釜最重要的部件之一,其结构和组合形式会显著影响气液分散和传质性能。结合冷模实验和CFD-PBM数值模拟,获取了气液搅拌釜多层桨叶之间的相互作用关系,以及较优的桨叶组合形式。研究结果表明,径向桨作为底桨对气相分散和... 桨叶是气液搅拌釜最重要的部件之一,其结构和组合形式会显著影响气液分散和传质性能。结合冷模实验和CFD-PBM数值模拟,获取了气液搅拌釜多层桨叶之间的相互作用关系,以及较优的桨叶组合形式。研究结果表明,径向桨作为底桨对气相分散和气泡破碎影响最大,中层轴流桨对底桨的剪切应力影响较小,而顶层轴流桨产生的轴向汇流会减弱中层桨的剪切应力。多层桨的排列组合方式会影响各个桨叶的功率消耗,其中顶层桨对中层桨的功耗影响最显著。HEDT作为底层桨功耗低且气相分散效果好,KYA作为中层桨能强化轴向汇流、减小局部涡流以及进一步破碎气泡,PBT作为顶层桨功耗低且能扩大循环流结构。因此,HEDT+KYA+PBT桨叶组合能平衡功率消耗、气相滞留和气液传质,具有最高的单位功耗气含率和平均容积传质系数,是较优的桨叶组合。研究结果可以为气液搅拌反应釜多层桨叶的设计和优化提供理论指导。 展开更多
关键词 气液搅拌釜 计算流体力学 多层桨叶 气液传质 优化
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搅拌釜内高固含率搅拌功率的实验测量及模拟预测
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作者 张琳伟 陈冰冰 +1 位作者 陈律名 张玮 《高校化学工程学报》 北大核心 2025年第1期54-63,共10页
为了提高搅拌釜中高固含率工况下固-液两相搅拌功率的数值模拟预测精度,通过流变仪探究了固含率及剪切速率对甘油-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)固-液两相体系黏度的影响,基于实验结果提出了考虑固含率与剪切速率影响的固-液两相体系黏度计算... 为了提高搅拌釜中高固含率工况下固-液两相搅拌功率的数值模拟预测精度,通过流变仪探究了固含率及剪切速率对甘油-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)固-液两相体系黏度的影响,基于实验结果提出了考虑固含率与剪切速率影响的固-液两相体系黏度计算模型,并与计算流体力学(CFD)方法结合,对搅拌釜内固含率为0.1~0.4的固-液搅拌功率进行预测。结果表明,随着固含率的增大,尤其是当固含率大于0.2时,甘油-PMMA固-液两相体系呈现出明显的非牛顿流体特征。目前广泛使用的基于颗粒动力学理论的固-液两相体系黏度模型,会使CFD预测的搅拌功率随固含率增加而减小。与提出的固-液两相体系黏度模型结合后的CFD模拟,明显提高了搅拌釜内高固含率下对固-液搅拌功率的预测精度,且固相分布的模拟与实验结果具有较好的一致性。 展开更多
关键词 搅拌釜 高固含率 固-液两相体系黏度 计算流体力学 搅拌功率
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三层桨叶结构及组合形式对搅拌釜内气液分散的影响
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作者 谢楠楠 陈和 +4 位作者 易鑫 叶光华 束忠明 傅送保 周兴贵 《化学反应工程与工艺》 2025年第1期134-142,171,共10页
桨叶对气液搅拌釜式反应器的传质和反应性能起到至关重要的作用。本研究建立并验证了一种耦合欧拉双流体模型和群平衡模型的气液搅拌釜计算流体力学模型,并利用该模型研究了三层桨叶结构及组合形式对气液分散性能的影响规律。当径向六... 桨叶对气液搅拌釜式反应器的传质和反应性能起到至关重要的作用。本研究建立并验证了一种耦合欧拉双流体模型和群平衡模型的气液搅拌釜计算流体力学模型,并利用该模型研究了三层桨叶结构及组合形式对气液分散性能的影响规律。当径向六抛物面叶片圆盘涡轮桨(PDT)和六箭叶圆盘涡轮桨(ABDT)置于底部,轴向四宽叶轴流桨(KYA)、四宽叶翼型桨(WHD)和斜四叶开启式涡轮桨(PBT)置于上部时,形成的流场结构相近,但PDT+2KYA桨叶组合中KYA排液量大,相比其他桨叶组合更有利于釜底物料更新。由于KYA排液量大,ABDT破碎气泡能力强,有利于延长气泡停留时间,因而PDT+2KYA和ABDT+2PBT搅拌釜均有较高的气含率。ABDT+2PBT桨叶组合对应的气泡尺寸最小,容积传质系数最高,单从传质性能考虑该桨叶组合最优。随着搅拌转速的提高,ABDT+2PBT和PDT+2KYA桨叶组合的容积传质系数接近,并且前者搅拌功率更大。高搅拌转速下PDT+2KYA桨叶组合对应的单位功率气含率和单位功率平均容积传质系数更高,综合考虑PDT+2KYA桨叶组合最优。这些研究结果可以为气液搅拌反应器的桨叶设计优化提供一些理论指导。 展开更多
关键词 气液分散 搅拌釜 桨叶 传质 计算流体动力学
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分形穿流桨搅拌槽内假塑性流体的混合行为
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作者 谷德银 杨豪 +1 位作者 李昌树 刘作华 《化工学报》 北大核心 2025年第6期2569-2579,共11页
为了增大洞穴区,减小停滞区,提高假塑性流体的混合效率,将分形理论应用于桨叶的穿孔设计,提出一种分形穿流搅拌桨来强化假塑性流体的混合行为。采用实验和计算流体力学探究了分形穿流桨搅拌槽内假塑性流体的混合行为。结果表明,在相同Re... 为了增大洞穴区,减小停滞区,提高假塑性流体的混合效率,将分形理论应用于桨叶的穿孔设计,提出一种分形穿流搅拌桨来强化假塑性流体的混合行为。采用实验和计算流体力学探究了分形穿流桨搅拌槽内假塑性流体的混合行为。结果表明,在相同Reynolds数下,分形穿流桨(FPT)体系的搅拌功耗和功率准数均低于RT桨体系,但随着穿流孔分形迭代次数的递增,搅拌功耗和功率准数有所增加。在相同功耗下,相较于RT桨,FPT桨能够增强对流体的剪切作用,增大剪切应变率,增加流体的流动性,缩短流体的无量纲混合时间,增大洞穴区,减小停滞区,增大流体的混沌混合程度。其中,FPT-1桨体系的无量纲混合时间缩短了2.88%~5.65%,洞穴区域面积增加了6.58%;FPT-2桨体系的无量纲混合时间缩短了8.04%~11.00%,洞穴区域面积增加了8.25%。与普通矩阵排列的穿流孔相比,分形排布的穿流孔更有助于改善流体混合效果,提高流体混合效率。 展开更多
关键词 分形穿流搅拌桨 混合 假塑性流体 计算流体力学
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不同构型搅拌桨稀土萃取混合槽的性能研究
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作者 叶志才 谢明辉 +5 位作者 向家伟 吴亮 桑晓云 李治国 张庆华 杨超 《湿法冶金》 北大核心 2025年第3期412-423,共12页
萃取混合槽的设计和优化是影响稀土萃取效率的关键因素之一。通过试验与数值模拟对半开式弯叶圆盘式搅拌桨(半开式BWY)、半开式直叶圆盘式搅拌桨(半开式BPY)、闭式弯叶圆盘式搅拌桨(闭式BWY)和闭式直叶圆盘式搅拌桨(闭式BPY)在混合槽中... 萃取混合槽的设计和优化是影响稀土萃取效率的关键因素之一。通过试验与数值模拟对半开式弯叶圆盘式搅拌桨(半开式BWY)、半开式直叶圆盘式搅拌桨(半开式BPY)、闭式弯叶圆盘式搅拌桨(闭式BWY)和闭式直叶圆盘式搅拌桨(闭式BPY)在混合槽中的搅拌性能进行了研究,考察了4种桨型在不同转速下搅拌产生的负压、功率、排量和流场分布。并以闭式BPY为例,对桨叶直径、宽度和弧长,以及圆环内孔直径、混合槽抽吸口直径和桨叶离抽吸口高度6个参数进行了详细的因素分析,建立了搅拌产生的负压、功率准数、湍动能耗散率和排量准数的关联式。研究结果表明:在相同功率条件下,减小桨叶直径和宽度、圆环内孔直径、混合槽抽吸口直径、桨叶离抽吸口高度,增加桨叶弧长,搅拌抽吸能力更强,但桨叶的排量降低。 展开更多
关键词 稀土 萃取 混合槽 搅拌桨 负压 数值模拟 关联式
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下冲式自吸射流搅拌桨非均相混合特性 被引量:1
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作者 张静 王瑶 +2 位作者 姜哲漩 梁津宁 龚斌 《化工进展》 CSCD 北大核心 2024年第12期6669-6679,共11页
为了探究自吸射流强化液-液非均相物料快速混合机理,利用SST k-ω湍流模型与Eulerian-Eulerain多相流模型耦合,数值模拟研究了下冲式自吸射流搅拌槽内油水混合特性。对比分析了转速、下冲角和搅拌桨直径对非均相变异系数和离析强度的影... 为了探究自吸射流强化液-液非均相物料快速混合机理,利用SST k-ω湍流模型与Eulerian-Eulerain多相流模型耦合,数值模拟研究了下冲式自吸射流搅拌槽内油水混合特性。对比分析了转速、下冲角和搅拌桨直径对非均相变异系数和离析强度的影响,运用场协同理论深入剖析了下冲式自吸射流搅拌桨强化混合机理。结果表明,非均相变异系数将搅拌过程分为初期振荡、中期下降和后期稳定三个阶段,高转速、20°~30°下冲角、搅拌桨直径居中均有效缩短了搅拌初期和中期的时长,加速了油水混合。对后期稳定流场相含率分析表明,较大的下冲角和搅拌桨直径导致离析强度沿轴向和径向分布不均匀,形成稳定的高油相和高水相区域。对纵剖面上速度与浓度梯度之间的场协同角进行了分析:下冲角和搅拌桨直径较小,射流管速度差较小,搅拌轴附近自吸区域场协同角增大,油相聚集;下冲角和搅拌桨直径较大,下冲射流冲击壁面,射流区域速度迅速下降,近壁面场协同角增大,水相在搅拌轴附近聚集。自吸射流搅拌桨在工程设计中应合理设置下冲角和搅拌桨直径,保障自吸和射流的流动空间。 展开更多
关键词 自吸射流 搅拌桨 非均相 混合特性 场协同
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下层桨叶结构对搅拌反应器内部流场的影响
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作者 加万里 王勇 高勇 《化工科技》 CAS 2024年第2期12-17,共6页
搅拌反应器可以对物料进行均匀的搅拌及混合,极大提高了工艺物料的处理效率。利用CFD技术对搅拌反应器内的流场特性进行数值分析,研究下层桨叶结构对流体流速的影响。研究结果表明,桨叶数目增加时搅拌效率增大,搅拌核心区域的流速较大,... 搅拌反应器可以对物料进行均匀的搅拌及混合,极大提高了工艺物料的处理效率。利用CFD技术对搅拌反应器内的流场特性进行数值分析,研究下层桨叶结构对流体流速的影响。研究结果表明,桨叶数目增加时搅拌效率增大,搅拌核心区域的流速较大,旋转域内部的流速增大;桨叶角度增加时桨叶搅拌区域的流速增大,但在旋转域的下部流速反而减小。 展开更多
关键词 搅拌反应器 流场特性 数值分析 流速
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Maxblend桨和多层组合桨搅拌槽内气液分散特性研究 被引量:1
8
作者 赵阳 谢明辉 +7 位作者 向家伟 刘肖肖 李帅亮 吕世军 吴亮 周国忠 张庆华 杨超 《化工设备与管道》 CAS 北大核心 2024年第4期31-40,共10页
针对高密度聚乙烯淤浆聚合反应的低黏物料体系,以空气-水为研究对象,研究了Maxblend搅拌桨和利用三叶后掠式搅拌桨HQ150、抛物线圆盘涡轮式搅拌桨BTD170、三宽叶旋桨式搅拌桨KHX170、桨叶安装角度为δ=45°的斜叶圆盘涡轮式搅拌桨ZY... 针对高密度聚乙烯淤浆聚合反应的低黏物料体系,以空气-水为研究对象,研究了Maxblend搅拌桨和利用三叶后掠式搅拌桨HQ150、抛物线圆盘涡轮式搅拌桨BTD170、三宽叶旋桨式搅拌桨KHX170、桨叶安装角度为δ=45°的斜叶圆盘涡轮式搅拌桨ZY160和平直叶圆盘涡轮式搅拌桨PY160构成的3种组合桨搅拌槽内的气液分散与传质特性。结果表明,拟合的气含率、气液相界面积和体积氧传质系数的经验关联式与实验数据吻合较好。Maxblend桨的PG/P受通气影响最小,其次是桨型组合3。通气量为0.6 vvm时,相同功耗下桨型组合3的气含率最高,Maxblend桨近壁区域的d32最小,功率较高时,桨型组合1、2、3中的近壁d32最小的是桨型组合3,气液相界面积最大的是桨型组合3,液相氧传质系数最大的是桨型组合1,桨型组合1、2、3的传质性能相当,且优于Maxblend桨。 展开更多
关键词 搅拌 功率消耗 气含率 气泡尺寸 气液传质
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分形排布式穿流搅拌桨强化流体混沌混合行为 被引量:1
9
作者 谷德银 李昌树 +1 位作者 杨豪 刘作华 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期3498-3506,共9页
为减小混合隔离区、增大混沌混合区、强化流体的混沌混合过程,基于分形理论的自相似特性提出一种具有分形排布式穿流孔的搅拌桨强化流体的混沌混合行为。采用计算流体力学(CFD)和实验相结合的方法探究了流体混合过程中的功耗特性、速度... 为减小混合隔离区、增大混沌混合区、强化流体的混沌混合过程,基于分形理论的自相似特性提出一种具有分形排布式穿流孔的搅拌桨强化流体的混沌混合行为。采用计算流体力学(CFD)和实验相结合的方法探究了流体混合过程中的功耗特性、速度分布、剪切应变率分布、隔离区结构以及Poincare截面。研究结果表明,在相同Reynolds数下,与Rushton桨相比,分形排布式穿流搅拌桨(FAPT)能够有效降低搅拌功耗和功率准数,而且随着穿流孔分形迭代次数的增加,搅拌功耗和功率准数进一步降低。其中,FAPT-1体系的功率准数降低6.57%~12.50%,FAPT-2体系的功率准数降低10.95%~19.32%,FAPT-3体系的功率准数降低15.25%~24.66%。在相同功耗下,与Rushton桨相比,FAPT桨能够增强对流体的剪切作用,增大剪切应变率,减小混合隔离区,缩短流体的混合时间,提高流体的混合效率,而且随着穿流孔分形迭代次数的增加这一效果更为明显。 展开更多
关键词 分形排布式穿流搅拌桨 混合 流场 计算流体力学
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浓缩接受釜内固液悬浮过程CFD模拟
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作者 梁晓锋 杨文琼 +2 位作者 刘小棒 訾灿 李建昌 《辽宁化工》 CAS 2024年第9期1465-1468,1472,共5页
浓缩接受釜作为一种常用的化工设备,其内部固液悬浮均匀性对下游生产稳定性至关重要。应用多重参考系法和混合多相流模型对浓缩接受釜进行计算流体力学(CFD)模拟,分析了现有搅拌条件下固液悬浮状态,并探究了搅拌转速对固液悬浮的影响,... 浓缩接受釜作为一种常用的化工设备,其内部固液悬浮均匀性对下游生产稳定性至关重要。应用多重参考系法和混合多相流模型对浓缩接受釜进行计算流体力学(CFD)模拟,分析了现有搅拌条件下固液悬浮状态,并探究了搅拌转速对固液悬浮的影响,最后提出了桨叶优化设计方案。果表明:现有3层斜叶桨轴流推动能力弱,无法在釜内形成主体循环,导致固液悬浮均匀性差,且通过增加搅拌转速无法满足生产要求。优选的双层轴流桨轴流推动能力强,可形成中心向下、边壁向上的主体循环流动,有效提高了釜内固液悬浮均匀性,保证了下游生产运行的稳定。 展开更多
关键词 固液悬浮 混合 CFD 多相流 多层桨
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基于粒子图像测速(PIV)技术的圆盘桨搅拌槽湍流动能耗散率研究
11
作者 胡帅 王瀚彬 +2 位作者 毕丰雷 李隽森 贺来宾 《北京化工大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期39-45,共7页
在边长L为220 mm的方形搅拌槽内,采用高解析率的二维粒子图像测速(PIV)技术在搅拌雷诺数Re=1300下对圆盘桨形成的流场进行研究,得到Kolmogorov尺度下的高解析流场。基于流场数据和各向同性假设得到湍流动能分布,并比较了直接定义法和大... 在边长L为220 mm的方形搅拌槽内,采用高解析率的二维粒子图像测速(PIV)技术在搅拌雷诺数Re=1300下对圆盘桨形成的流场进行研究,得到Kolmogorov尺度下的高解析流场。基于流场数据和各向同性假设得到湍流动能分布,并比较了直接定义法和大涡PIV法计算的湍流动能耗散率。结果表明:当离底高度C=0.15L时,圆盘桨的流型呈现出独特的单循环流型,流体主要旋涡为单旋涡结构;搅拌槽内湍流动能的最大值出现在桨叶排出流的末端;在Kolmogorov空间解析尺度下直接定义法计算得到的湍流动能耗散率大于大涡PIV法,并且湍流动能耗散率的峰值位于桨叶端和排出流区域。直接数值模拟的验证结果表明,这两种计算方法中使用的各向同性假设是合理的。 展开更多
关键词 搅拌槽 粒子图像测速(PIV) Kolmogorov尺度 湍流动能耗散率 直接数值模拟
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刚柔组合搅拌桨强化搅拌槽中流体混沌混合 被引量:34
12
作者 刘作华 陈超 +2 位作者 刘仁龙 陶长元 王运东 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期61-70,共10页
搅拌槽内普遍存在着两种不同类型的混合区域:混沌混合区和规则区。增大混沌混合区,是提高流体混合效率、降低搅拌过程能耗的重要途径。而合理设计搅拌桨有助于流体形成适宜的流动状态,实现混沌混合。柔性体与刚性体组合,可设计出具有多... 搅拌槽内普遍存在着两种不同类型的混合区域:混沌混合区和规则区。增大混沌混合区,是提高流体混合效率、降低搅拌过程能耗的重要途径。而合理设计搅拌桨有助于流体形成适宜的流动状态,实现混沌混合。柔性体与刚性体组合,可设计出具有多体运动行为的刚柔组合搅拌桨,可强化流体混沌混合行为。结合Matlab软件,实验研究了双层桨搅拌槽内自来水体系的最大Lyapunov指数(LLE)和多尺度熵(MSE)的变化规律,对比分析了刚性桨和刚柔组合桨两种桨叶对流体混沌混合的影响。结果表明,刚柔组合桨强化流体的运动特性,使更多流体进入混沌混合状态。在转速为210 r·min-1时,流体的混沌混合达到最佳状态,刚性桨体系的LLE为0.041,而刚柔组合桨体系的LLE为0.048;刚柔组合桨可有效耗散能量,使整个槽体的能量分布均匀,刚柔组合桨在150 r·min-1时的多尺度熵率与刚性桨在210 r·min-1时基本相近;刚柔组合桨体系的混合时间均低于刚性桨体系,在转速为120 r·min-1时,刚柔组合桨使流体的混合时间缩短了26%左右。刚柔组合桨可改变流场结构和能量耗散方式,强化流体混沌混合,实现高效节能操作。 展开更多
关键词 混合 搅拌槽 传递 混沌 最大LYAPUNOV指数 多尺度熵 刚柔组合桨
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刚-柔组合搅拌桨强化流体混沌混合 被引量:22
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作者 刘作华 孙瑞祥 +2 位作者 王运东 陶长元 刘仁龙 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期3340-3349,共10页
合理设计搅拌反应器的桨叶,强化流体流动与混合行为,是实现流体高效、节能混合的重要手段。柔性体与刚性体组合,可设计出具有多体运动行为的刚-柔组合搅拌桨。结合PIV流场观测和CFD模拟,对比分析了刚性桨和刚-柔组合桨对流场结构及流体... 合理设计搅拌反应器的桨叶,强化流体流动与混合行为,是实现流体高效、节能混合的重要手段。柔性体与刚性体组合,可设计出具有多体运动行为的刚-柔组合搅拌桨。结合PIV流场观测和CFD模拟,对比分析了刚性桨和刚-柔组合桨对流场结构及流体混沌混合行为的影响。结果表明,与刚性搅拌桨相比,刚-柔组合桨的柔性端强化能量传递,流体流速衰减速率降低25%,有利于搅拌桨输入能量在流场结构内的有效分配。传统刚性六凹叶和六直叶涡轮桨搅拌反应器内流体形成的流线结构具有明显的周期吸引子,其时均流场的分形维数分别为1.9046和1.9138。刚-柔组合六直叶涡轮桨搅拌反应器内流体流线呈明显的准周期性吸引子性质,其流场分形维数为1.9337,而刚-柔组合六凹叶涡轮桨搅拌反应器内流体流线具有典型的混沌吸引子性质,其流场分形维数为1.9545。刚-柔组合搅拌桨可改变流体流线的吸引子来调控流场的多尺度结构,强化流体混沌混合,实现高效节能操作。 展开更多
关键词 混合 混沌 搅拌槽 刚一柔组合搅拌桨 分形维数 CFD模拟 吸引子
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刚柔组合搅拌桨增强混合澄清槽内流体宏观不稳定性 被引量:24
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作者 刘作华 唐巧 +3 位作者 王运东 孙瑞祥 郑雄攀 陶长元 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期78-86,共9页
流体宏观不稳定性可以反映流体轴向能量和质量的传递行为。为揭示刚柔组合搅拌桨(简称柔性桨)作用下混合澄清槽中油水液-液两相非稳态流动规律,采用频谱分析和小波分析组合法研究混合澄清槽内宏观不稳定性,并进行模拟验证。研究表明,柔... 流体宏观不稳定性可以反映流体轴向能量和质量的传递行为。为揭示刚柔组合搅拌桨(简称柔性桨)作用下混合澄清槽中油水液-液两相非稳态流动规律,采用频谱分析和小波分析组合法研究混合澄清槽内宏观不稳定性,并进行模拟验证。研究表明,柔性桨在转速低于250 r·min-1时,流体宏观不稳定频率与转速呈线性关系,而转速超过250 r·min-1,流体因界面卷吸行为吸入空气,宏观不稳定频率谱图呈现功率谱带,流场结构呈多尺度结构特征,流体宏观不稳定频率消失,液-液混合体系出现明显的乳化现象。与刚性桨相比柔性桨能增强宏观不稳定性,提高流体混合效率,强化能量传递行为。计算模拟发现,柔性桨能明显提高桨叶的抽吸能力,增强流体轴向运动的行为,避免流体过度搅拌,有利于流体澄清。 展开更多
关键词 计算流体力学 两相流 混合 混合澄清槽 宏观不稳定性 刚柔组合搅拌桨
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柔性桨与自浮颗粒协同强化高黏度流体混沌混合 被引量:25
15
作者 刘作华 杨鲜艳 +3 位作者 谢昭明 刘仁龙 陶长元 王运东 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期2794-2800,共7页
高黏度流体混合处于层流状态,存在混沌混合区和隔离区,混沌混合是提高其混合效率的有效方法。为增强高黏度流体的混沌混合,在甘油体系中采用柔性搅拌桨并加入自浮颗粒,实验研究了最大Lyapunov指数(LEmax)随单位体积功耗(Pv)的变化规律... 高黏度流体混合处于层流状态,存在混沌混合区和隔离区,混沌混合是提高其混合效率的有效方法。为增强高黏度流体的混沌混合,在甘油体系中采用柔性搅拌桨并加入自浮颗粒,实验研究了最大Lyapunov指数(LEmax)随单位体积功耗(Pv)的变化规律。结果表明,只加入固体颗粒对原体系LEmax的影响不大,当Pv=2000W.m-3时,使用柔性桨后体系LEmax增加10.29%;柔性桨与固体颗粒协同作用时,可使体系LEmax增加30.86%。在Pv≤2000W.m-3时,柔性桨和自浮颗粒协同强化高黏度流体混沌混合的效果最好。 展开更多
关键词 柔性搅拌桨 自浮颗粒 高黏度流体 最大LYAPUNOV指数 混沌混合
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轴流式搅拌器湍流运动特性 被引量:30
16
作者 侯拴弟 王英琛 +2 位作者 张政 施力田 阎旭 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第2期259-263,共5页
Single-phase flow patterns generated by axial impeller are investigated by 3D Particle Dynamic Analyzer. Mean flow and turbulence intensities are measured for the impeller zone and the bulk regions. The effect of D/T ... Single-phase flow patterns generated by axial impeller are investigated by 3D Particle Dynamic Analyzer. Mean flow and turbulence intensities are measured for the impeller zone and the bulk regions. The effect of D/T and blade tip angle on flow pattern is studied as well. The measured results show that the flow in impeller zone oscillates periodically at the frequency of blade sweep. The flow patterns generated by different ratios of impeller diameter to tank diameter impeller are approximately the same below impellers,but a small second recirculation loop is formed in the upper part of vessel at the ratio of impeller diameter to tank diameter D/T=0.35. 展开更多
关键词 搅拌槽 湍流运动 轴流式 搅拌器 混合 搅拌
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偏心空气射流双层桨搅拌反应器流场结构的分形特征 被引量:21
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作者 刘作华 宁伟征 +2 位作者 孙瑞祥 周小霞 陶长元 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期628-635,共8页
搅拌槽内流场分为混沌混合区和隔离区。为提高搅拌槽内流体的混合效率、降低搅拌过程的能耗,调控流场结构特征是重要的途径。结合图像处理软件,实验研究了偏心空气射流双层桨搅拌槽内空气-水体系的流场结构分形维数的变化规律。实验结... 搅拌槽内流场分为混沌混合区和隔离区。为提高搅拌槽内流体的混合效率、降低搅拌过程的能耗,调控流场结构特征是重要的途径。结合图像处理软件,实验研究了偏心空气射流双层桨搅拌槽内空气-水体系的流场结构分形维数的变化规律。实验结果表明,流场结构分形维数受搅拌转速和空气流速的共同作用;偏心空气射流能改变流场结构分形维数,使流体混沌混合特性增强;机械搅拌转速增大,能改变射流场的拟序结构,提高气液混合效率。 展开更多
关键词 偏心空气射流 双层桨搅拌槽 混沌 流场 分形维数
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刚柔组合搅拌桨与刚性桨调控流场结构的对比 被引量:18
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作者 刘作华 曾启琴 +3 位作者 杨鲜艳 刘仁龙 王运东 陶长元 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期2078-2084,共7页
高黏度流体处于层流状态时,普遍存在的混合隔离区,降低了流体的混合效率。减小或消除隔离区,是实现流体高效混合的基本途径。采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对刚性六直叶涡轮桨(刚性桨)和刚柔组合六直叶涡轮桨(组合桨)的流场结构... 高黏度流体处于层流状态时,普遍存在的混合隔离区,降低了流体的混合效率。减小或消除隔离区,是实现流体高效混合的基本途径。采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对刚性六直叶涡轮桨(刚性桨)和刚柔组合六直叶涡轮桨(组合桨)的流场结构进行研究,对比分析了两种桨叶在相同功耗(3 kW·m-3)时的轴向、径向和切向的速度矢量图、速度云图以及速度分布散点图。结果表明,刚性桨的能量集中在桨叶尖端部分,远离桨叶区域的流体速度很小甚至为0 m·s-1;而组合桨可将能量从桨叶尖端扩散至全槽,使槽内流体均具有一定的流速,提高了混合效率,且显色实验与数值模拟结果一致,组合桨体系的混合隔离区在短时间内就可消除,混合良好,而刚性桨体系的混合隔离区始终存在,混合效果不佳。 展开更多
关键词 混合 混沌 搅拌槽 刚柔组合桨 数值模拟
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刚柔组合搅拌桨强化流体混合的流固耦合行为 被引量:14
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作者 朱俊 周政霖 +4 位作者 刘作华 郑雄攀 刘仁龙 陶长元 王运东 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期3849-3856,共8页
传统刚性搅拌桨通过对流体的剪切作用实现能量的传递,而刚柔组合搅拌桨可通过其多体运动行为强化能量传递。基于搅拌桨桨叶与流体之间的耦合运动作用,结合ANSYS Workbench仿真平台,采用双向流固耦合方法,模拟计算了刚性搅拌桨与刚柔组... 传统刚性搅拌桨通过对流体的剪切作用实现能量的传递,而刚柔组合搅拌桨可通过其多体运动行为强化能量传递。基于搅拌桨桨叶与流体之间的耦合运动作用,结合ANSYS Workbench仿真平台,采用双向流固耦合方法,模拟计算了刚性搅拌桨与刚柔组合搅拌桨桨叶的等效应力和总变形量,研究了流场的宏观结构;并通过测定混合时间和计算搅拌桨功耗对比分析了两种不同搅拌体系的混合行为。结果表明:刚柔组合搅拌桨使体系的混合时间缩短了近32%,搅拌桨功耗下降了7%,其桨叶尖端的变形量是刚性搅拌桨的105倍,其应力比刚性搅拌桨增加了83%;与刚性搅拌桨相比,刚柔组合搅拌桨在流固耦合作用下对流体的作用力更大,能够更好地传递能量,增强流体运动,强化流体混合。 展开更多
关键词 混合 流体 传递 刚柔组合搅拌桨 ANSYS WORKBENCH 流固耦合
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新型同心双轴搅拌器功率与混合特性的数值模拟 被引量:17
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作者 刘宝庆 张义堃 +3 位作者 刘景亮 秦福磊 林兴华 金志江 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期1135-1144,共10页
基于同心双轴搅拌器的结构与运行特点,建立了兼顾其流动、混合过程的三维数学模型,并以过程工业应用较多的两种不同尺寸双层组合桨作为内桨、框式桨作为外桨构成的同心双轴搅拌器为研究对象,数值模拟了其在中高黏牛顿流体中同向及反向... 基于同心双轴搅拌器的结构与运行特点,建立了兼顾其流动、混合过程的三维数学模型,并以过程工业应用较多的两种不同尺寸双层组合桨作为内桨、框式桨作为外桨构成的同心双轴搅拌器为研究对象,数值模拟了其在中高黏牛顿流体中同向及反向转动模式的功率特性、流场特性及混合特性。模拟结果表明,同向转动模式下,整个系统的搅拌功耗更小、混合效率更高;外桨功耗受内桨影响较大,一般随内桨转速的增大,恒速外桨的功耗同向转动时会减小、反向转动时会增大;对由桨式搅拌器构成的组合式内桨而言,当内桨直径与釜体直径之比为0.35左右时,相同Reynolds数下的单位体积混合能更小;中高黏牛顿流体中,同心双轴搅拌器的内桨采用上层六斜叶桨+下层六直叶桨的组合形式时更高效节能,仅在体系Reynolds数小于36时,上层二斜叶桨+下层二直叶桨的内桨组合形式才具有相对优势。 展开更多
关键词 同心双轴搅拌器 组合桨 搅拌功率 混合特性 数值模拟
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