苏氨酸发酵罐内不同搅拌桨组合下流场模拟

针对目前工业大型苏氨酸发酵罐搅拌设备在设计过程中依赖传统经验的现状,课题组基于CFD技术模拟了发酵罐内不同搅拌桨组合下的搅拌流场,根据模拟试验结果,为设计提供数据支持。从模拟结果中提取了罐内底桨处的流速大小分布情况,同时研究了罐内特征线上的流速分布情况;利用Patch方法,研究了搅拌流场的混合时间,试验给出了搅拌桨功率,结合二者分析了搅拌桨组合的混合效率。结果表明上3层搅拌桨选用3斜直叶桨,底层桨选用6叶前抛物线式圆盘涡轮桨的搅拌组合为较优组合。模拟试验结果及分析为苏氨酸发酵罐搅拌器的设计提供了参考。     

发酵罐内流场的数值模拟及桨叶优化

针对目前斜叶桨餐厨垃圾厌氧发酵罐存在搅拌能耗高、流场混合效果差等问题设计了新型轴流式搅拌桨( axial-flow impeller,AFI)。采用FLUENT软件对斜叶桨和AFI桨发酵罐内流场进行数值模拟,通过斜叶桨发酵罐单相水体系时搅拌功率计算值与模拟值的比较验证数值模拟的可靠性,并对比2种发酵罐中单相流场分布、固相体积分数分布和功率消耗情况。结果表明：单相水体系时,AFI桨改善了发酵罐内流场结构,搅拌功率较斜叶桨下降40. 39%;固液体系时,AFI桨发酵罐内固相体积分数分布更为均匀,罐底沉积现象不明显,搅拌功率较斜叶桨下降17. 37%。研究结果为餐厨垃圾厌氧发酵罐搅拌桨的设计与选择提供参考。     

基于CFD流场分析的反应釜搅拌器结构改进

承压反应釜在固液混合过程中往往伴随强烈的热传递效应,而密度较低的粉末状固相介质与液体混合的难度相 对较大,投料溶入效果不佳和物料结团漂浮等问题较常见。针对此类反应釜的搅拌不充分等问题,采用CFD技术指导 反应釜内搅拌器结构进行设计和改进,对反应釜内的固液搅拌混合过程进行了三维数值模拟。数值计算采用多重参考 系法( MRF),K-ε湍流模式以及Mixture多相流模型,模拟了反应釜中的流场形态,通过混合过程的两相流计算得到固相 体积分数的分布情况和变化规律,并在此基础上预测了混合时间。结果表明：改进后的搅拌器效果明显增强,该混合过 程的CFD模拟可得到相对准确的流场分布及各项特性参数预测结果,可为该类反应釜搅拌器的设计和优化提供参考     

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。     

偏心率对双层搅拌桨偏心搅拌槽内流场的影响

偏心搅拌大都集中在对单层桨叶搅拌槽的研究,对双层的研究很少且集中在数值模拟研究,文章利用粒子图像 测速技术对轴偏心搅拌釜内流场进行实验研究。分析了不同偏心率对搅拌槽内宏观流场的影响,探讨了桨间轴向位置 处无因次化径向和轴向速度的分布。结果表明：搅拌槽内的速度最大值并不是随着偏心距的增大而增大;当偏心率e分 别为0.1和0.2时,可以提高径向速度的分布区间;当偏心率e>0.2时,内部存在一些漩涡导致速度波动比较大,这种流 体趋势并不有利于筒体内部流体的混合。研究结果对双层桨偏心搅拌器的设计具有指导意义。     

2斜叶 框式组合桨釜内流场实验研究

为将2斜叶 框式组合桨高效应用于实际工程，课题组以不同质量分数的甘油 水溶液为搅拌介质，通过粒子图像测速技术（PIV）对该改进型框式组合桨搅拌釜内的流动特性进行实验研究，分析了桨间距、顶桨直径和搅拌介质黏度变化对釜内流场产生的影响。研究结果表明：随着桨间距的增加，2桨叶间流体的循环效果先增强后减弱，桨间距C2=052H时2桨叶配合最佳；顶桨直径D1=250 mm时形成2个涡合能力较好的涡流，此时釜内流体的整体混合情况较好；随着黏度的增大，2桨叶间扰动增强，整个搅拌釜内速度分布变得更加均匀，表明改进型框式组合桨更适用于黏度较高的溶液中。研究结果可为2斜叶 框式组合桨在聚酯合成工业实际工程生产中提供相关参考。     

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。     

搅拌釜内双层改进型INTER-MIG桨流场实验研究

为得到双层INTER-MIG桨搅拌釜内流场特征,文章采用粒子图像测速技术(PIV)对直径为430 mm的双层改进 型INTER-MIG桨搅拌槽内流场进行了实验研究。分析了搅拌转速、相位角及轴向位置对搅拌槽内流场分布的影响。结 果表明：整个流场表现出较强轴流特性,底桨右端形成一个漩涡;转速增加引起桨叶附近湍动增强,但整体流型变化不 大;当r/R <0.48时,桨叶间轴流效果显著,有利于釜底流体向上抬升,增强整体混合效果;当r/R>0.48时,桨叶右端在 近壁面处会形成上下2股流动流体,有助于形成局部区域循环。实验结果可为工业搅拌过程提供工艺参考。     

横向水流作用下气泡运动数值模拟

由于气液两相体系中气泡的诸多流体力学行为不仅影响两相流的速度分布,还可通过改变气液相界面等途径改变整个体系的传热传质 效果,对气液接触设备性能具有重要影响。课题组利用数值模拟对恒定水速下管道中喷射的气体进行分析,追踪管道中气泡流的变化情况。气液两相流采用层流 模型,并运用VOF对气液两相界面进行追踪,速度与压力的耦合求解采用PISO算法。计算结果表明：气体在管道中成类似泡状流,并受浮力作用逐步靠近上壁面 形成连续的长气泡;水流速度和气泡到达上壁面距离进口处的距离近似呈线性关系;最大气泡粒径与进口水速负相关,与进口气速正相关。研究结果可为相关气 泡运动特性的进一步研究提供参考。     

基于CFD的搅拌反应罐内部流场的数值模拟

利用CFD计算流体力学软件对搅拌反应罐搅拌区流场进行模拟,实现了速度场、速度位置分布的可视化,获得了速度场的分布规律;分别对不同半径、不同结构的搅拌架和在不同搅拌转速下的浓缩罐内部流场进行详细分析,获得搅拌效果与搅拌架半径、结构以及搅拌转速之间的关系,并根据力矩分析结果给出了合理的搅拌转速区间。该研究可为冷冻浓缩罐的设计和生产提供理论依据。     

EGSB反应器布水装置进水方向对内部流场的影响

针对传统厌氧膨胀颗粒污泥床( EGSB,expanded granular sludge blanket)反应器布水装置进水不均匀、搅拌不充分 以及存在较大死区等缺点,提出周向进水的布水方式,采用欧拉一欧拉模型建立EGSB反应器内两相流计算流体力学模 型,模拟常规布水装置与周向进水装置下反应器的流动状态;通过改变进水管头数量来控制进水流速,模拟不同进水流 速下反应器内部流场的流动状态。模拟结果表明周向进水反应器具有更好的泥水混合效果和更高的膨胀床层,周向进 水结构能够达到搅拌目的的最小流速为0.555 m/s。周向旋流式进水方式较传统轴向布水方式能使反应器内介质更充 分混合,增加泥水接触面积,提供更有利于生化反应的流态。     

喷嘴压力对非淹没空化流场影响的研究

为了了解非淹没射流对大型工件的处理效果,课题组提出并设计了一种新型的非淹没人工射流,该方式可以适应各种场合工件的处理。在理论基础上,由淹没状态下的汽、液两相流变为非淹没状态下的气、汽、液三相流,采用外围低压水与内喷嘴高压水的结合,形成了人工淹没环境结构;通过该结构,使用FLUENT软件,实现了非淹没喷嘴空化效果的判断与预测;并通过模拟结果,分析了不同压力对空化流场的影响。结果表明：随着压力的升高,流场的轴向速度、轴向动压强以及汽相体积分数有着明显的提高。该非淹没喷嘴可产生较强的空化效果,且对入口压力较为敏感。     

3300 m3大型气升式环流反应器数值研究

针对目前机械搅拌餐厨垃圾厌氧发酵罐存在搅拌能耗高、流场混合效果差等问题,课题组提出了气升式环流反应器。采用FLUENT软件对大型气升式环流反应器内气液两相流流场进行数值模拟,研究导流筒直径的变化对反应器内流场、气相体积分数和循环液速的影响。模拟结果表明：反应器内介质形成循环流动时,导流筒内侧沿壁处出现区域小面积环流。改变导流筒的直径及高度对反应器内气相体积分数影响较小,当导流筒直径为2.5～2.9 m或导流筒高度为15.2～15.8 m时,反应器内液体速率较大,环流效果较好。增大表观气速,反应器内气相体积分数和液体速率均有所增大。文中研究为大型环流反应器的结构优化提供参考。     

喷孔锥度对喷气织机环槽型辅助喷嘴性能的影响

为提升引纬质量，课题组设计了一种环形槽型喷孔辅助喷嘴，并通过数值模拟探究辅助喷嘴结构对喷射性能的影响。课题组依据喷射出口面积等效原则，设计了3种环槽型辅助喷嘴，并分别建立了环形槽结合中心式辅助喷嘴的流场模型；利用FLUENT软件对建立的流场模型进行数值模拟，得到供气压力0.3 MPa时不同喷孔锥度的各环槽型辅助喷嘴对称面上速度云图、出口流速中心线上速度分布曲线图、气耗量，以及距喷嘴出口20，50，70 mm处截面速度分布图。结果表明：对同种环槽型辅助喷嘴，随着喷孔锥度增大，辅助喷嘴的喷射性能明显增强；喷孔锥度大于0°时,喷孔锥度增大各喷嘴出口处射流速度也随之增大。环槽型辅助喷嘴为喷气织机引纬提供了一种效率更高的方法。     

基于FLUENT的管壳换热器壳程流场数值模拟与分析

通过简化管壳式换热器模型,采用非结构网格划分,选用κε湍流模型,应用CFD软件FLUENT对壳程流体流动和传热过程进行了数值模拟,得到了不同折流板间距情况下壳程流体温度场、压力场以及速度场的分布情况。分析了折流板间距对壳程流体流场分布、换热器传热速率以及压力损失的影响,并得出了进口流速与传热量和压力损失之间的关系。模拟结果与理论研究结果相符合,对管壳式换热器的设计和改进有一定的参考价值。     

流道形状对PDC钻头头部流场影响的数值模拟

利用计算流体力学对两种不同流道形状的PDC钻头头部的三维流场进行了数值模拟.流场的网格划分采用混合网格形式,保证了计算精度和计算速度的要求.对两种钻头模拟结果表明,流道形状的改变对钻头流场存在较为明显的影响.通过对钻头表面和流场中截面的静压云图和速度矢量图的对比分析表明,改变了流道形状的钻头2的流场明显优于钻头1的流场,且模拟结果得到了实验的验证.     

旋转三维紊流流场的数值分析

应用SIMPLEST方法和标准k-ε紊流模型对旋转直通道内的流场进行计算，给出了该旋转流场的速度矢量图及压力场，并将测量截面上的主流和二次流速度分布与实验值作了对比，结果吻合较好，对叶轮机械内的旋转流场的数值模拟有重要意义。     

改进型INTER-IMIG桨搅拌槽内流场的PlV实验研究

针对二维粒子图像测速技术( particle image velocimetry,PIV)的局限性,利用三维粒子成像测速技术(PIV)对改 进型INTER-MIG桨搅拌槽流的轴向速度、径向速度、切向速度的分布进行研究,介绍了三维PIV系统的结构组成,再利 用二维PIV对流场进行流线分析。结果表明：无挡板时,槽内的流体受到了较强的剪切作用,而轴向速度与径向速度相 对较小,整体的混合效果较差;有挡板时,流体的轴向和径向速度明显提高,增加了流体湍动效应。挡板破坏了流体内部 的有序流动,桨叶前端的涡流也明显减弱     

仰角式油水分离器流场的数值模拟

仰角式油水分离器是一种新型、高效的重力式油水分离设备，为了深入了解其分离机理和内部流场分布，利用Fluent 12.0 数值模拟计算软件，基于多相流欧拉分析方法，结合Realizable k–" 双方程湍流模型对油水两相在分离器内的分离过程进行了数值模拟。结果表明：所选用的数值模拟方法能够较为真实地反映分离器的分离特性和内部流场分布，与传统卧式分离器相比较，仰角式油水分离器内堰板处的“死油区”和“死水区”明显减小，油水分离效率更高，当仰角为12&#9702;时，油水分离效率达到了最高值90.48%，提高了29.26%；仰角式分离器的结构简单，但内部流场分布较为复杂，入口分液管处的速度分布不均匀，存在不同程度的旋流，易造成油水两相在分界面处的掺混；分液管处的结构有待于进一步地改进。     

用氟里昂F113作介质对两相流体分配器进行模化试验的研究

本文介绍一次上升UP型直流锅炉中混合分配器的试验室模拟试验结果。试验用低沸点的氟里昂F_(113)(分子式CCl_2F—CClF_2)作为介质来模拟高温高压汽水两相流体。整个试验台装置为一个闭合循环回路系统,氟里昂在通过用电流直接加热的不锈钢管时被加热成气液两相流体,然后采用“孔板法”测量流体的干度X。试验模型与实物的几何尺寸比例为1:3.86。最后,在对试验数据进行分析、整理的基础上,提供了该种分配器进入均匀混合分配的临界准则、均匀性指标、阻力系数等有关设计数据。