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的不同搅拌组合多相流流场研究

针对在设计发酵搅拌设备过程中往往依赖经验判断传质混合效果以及能耗等的现状，课题组利用CFD技术对设计的4种搅拌模型进行气液两相流非稳态数值模拟。模拟采用了多面体网格划分物理模型以及滑移网格模型法求解，探究了其速度场、气相体积分数和功率耗损情况。结果表明：相同工况下，不同搅拌组合的流场特性差异较大；上桨采用径向流桨的搅拌组合形成的混合流场整体速度分布更均匀，能为釜内物质提供更佳的混合和传递效果；同时上桨和底桨采用6半圆叶圆盘涡轮桨的搅拌组合C气液分散性能更好；功耗方面，搅拌组合A>组合C>组合B>组合D。模拟结果及分析可为气液反应釜搅拌器的设计及优选提供重要的参考。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

一种桨扇的气动设计和数值仿真研究

在NASA的SR-3桨扇构型基础上,生成了一种8叶桨扇模型。通过准定常数值仿真,得到了不同工况下该桨扇的总体气动性能变化规律及其流场特征,并研究了设计工况下,桨扇叶片数对桨扇总体性能及叶片气动性能的影响。结果表明:该桨扇模型具有较高的推进效率,可为进一步的工程应用提供参考。     

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。     

微型离心风机内部流场的三维模拟与分析

采用修正的k-ε湍流模型对某一微型离心风机内部流场进行三维数值模拟,其结果与试验结果的对比表明,数值模拟具有较好的准确性和可信度.通过对数值模拟结果的分析捕捉到了风机内部许多重要的流动现象,发现压力和速度的分布具有明显的不对称性,靠近出口处更加显著.同时还发现风机出风口的流量和流速的分配也很不均匀.     

300MW汽轮机中压缸多级叶片气动设计与分析

为了改进某汽轮机中压缸的气动性能，对其前3级的直静叶设计提出反扭或弯扭等多种改型方案，并运用计算流体力学（CFD）方法对原方案和改型方案的内部流场进行了数值模拟．根据计算结果分析了不同方案下的级内流动特性和气流参数变化，给出了各方案下的多级效率．计算结果表明，静叶扭转减小了动叶的相对进气角，从而使多级效率有所提高．静叶的弯曲改型对多级效率的影响不明显，但能改善叶间流场的分布形态．     

基于离散元法的双卧轴搅拌机工作性能的分析与研究

为提高双卧轴搅拌机的搅拌均匀性,研究搅拌机的运动参数与几何参数的最优组合,对其搅拌过程进行分析并建立双卧轴搅拌机的离散元模型。采用二次回归正交旋转组合试验设计,运用离散元软件EDEM对搅拌机搅拌均匀性进行正交虚拟试验。以离散率作为搅拌均匀性的评价指标,对试验结果进行回归分析,并应用SPSS软件得到各个试验因素的回归方程,利用Matlab绘制三维等值线图,确定了各参数对性能指标的影响规律。对试验因素进行优化计算,得出最优参数组合:当搅拌轴转速为61.93 r/min,筒毂直径为38.02 mm,叶片螺旋升角为46.34°时,搅拌机离散率为6.22%。采用试验验证了仿真结果,证明了应用离散元法研究搅拌机工作性能的可行性。     

任意旋成面叶栅边界层和损失计算

本文应用变分有限元方法和边界层理论对实际叶栅内部流场进行了数值计算,求出了中心势流场的速度和压力分布、型面边界层特征参数、叶栅损失系数及型面摩擦损失系数。计算结果与实验数据吻合较好。文中所建立的方法和编制的计算程序可用于对轴流式或离心式叶栅进行计算,并以此判断叶栅性能优劣,改善叶型和设计高效叶栅,减少不必要的试验经费。     

自吸式搅拌槽内流动特性的数值研究

采用计算流体动力学方法对自吸式搅拌槽内流体流动进行数值研究,分析气体分散通道的叶片角度、下层桨的形式和桨叶的间距对槽内流动场的影响。研究结果表明:当气体分散通道叶片角度较小时,上层桨产生的径向射流能够沿着切线方向流经气体分散通道,在气体分散通道出口处形成的漩涡范围较小;当下层桨为PDTU时,旋转桨叶在排出流体的同时,对流体有上扬作用,两层桨之间的轴向作用较强,有利于整个搅拌槽的混合;桨叶间距较大时,两层桨之间的轴向作用较弱,下层桨的泵送能力降低,功率消耗增加。     

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     

双螺杆泵Ω形对称型螺杆流场数值分析

由于螺杆泵几何结构及流体流动状态较为复杂,其压力分布和速度等特性很难用数学解析法来分析计算。本文利用参数化设计模块建立双螺杆泵Q形对称型螺杆三维模型,构建双螺杆流道的流场分析模型,运用有限元分析方法得出了双螺杆泵流道内压力场和速度场分布规律。结果表明：流体在流道中的流速分布具有规律性,整个流道的流场速度高低交替变化,在螺杆与衬套间隙处的流动为层流,螺旋面接触区内的流动为复杂的湍流,离螺杆啮合区近的螺旋槽内易发生涡流。本研究结果对于了解双螺杆泵螺杆工况下的性能情况具有重要的参考价值。     

喷孔锥度对喷气织机辅助喷嘴喷射性能的影响

为探究喷孔锥度对喷气织机多圆孔辅助喷嘴喷射性能的影响规律,课题组设计了3类等大中心环形分布喷孔辅助喷嘴,研究其流场特性。分别建立了不同喷孔锥度时3类辅助喷嘴的流场模型;利用FLUENT软件对上述流场模型进行数值模拟,得到供气压力0.3 MPa时各辅助喷嘴对称面上速度云图、出口流速中心线上速度衰减曲线图及距喷嘴出口不同距离处截面速度分布图;提取截面上速度分布数据点得到了3类多圆孔辅助喷嘴0°和10°时距出口不同距离处截面速度径向分布图。结果表明：随喷孔锥度增大,各多圆孔辅助喷嘴的喷射性能明显增强;喷孔锥度大于0°时,喷孔锥度越大各型喷嘴出口处射流速度也随之增大。课题组既分析了喷孔锥度和孔心距各自单一因素对喷嘴喷射性能的影响,又考虑了喷孔锥度和孔心距双因素对喷嘴喷射性能的影响,结果表明喷孔锥度对辅助喷嘴整体喷射性能的影响较孔心距的影响更为显著。