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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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     

双层侧进式搅拌槽固液流动研究

由于对大型双层侧进式搅拌槽进行实验方法研究比较困难,采用数值模拟的方法对其进行研究。利用计算流体 动力学( CFD),通过gambit建立模型并划分网格,利用Fluent软件进行计算求解,探讨不同转速下的固相分布情况,临界 离底悬浮转速、颗粒直径对临界悬浮转速的影响。结果表明固相颗粒主要分布在搅拌槽底部和双层搅拌器之间的区域, 在搅拌槽的上部区域形成一个明显的清液层,双层侧进式搅拌器的使用可以有效地减少由于提高搅拌转速而增加的密 封难度和功率消耗。     

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.     

船舶反弯扭螺旋桨水力特性的数值模拟与分析

运用计算流体力学方法(CFD)对船舶反弯扭螺旋桨的水力特性进行数值模拟计算,获得了螺旋桨的推力系数、扭矩系数及敞水效率等水力特性参数,与试验结果进行了比较,两者吻合良好.模拟计算提供了详细的三维流场分布,可对反弯扭桨叶的工作特性和叶梢涡、尾涡及气蚀的分布状态进行深入的分析.在叶面邻近区域采用层叠式的半结构网格以适应边界层的计算要求,在边界层外的流动区域采用非结构网格,取得了较高的计算精度.     

超大变形分析无网格法并行计算

鉴于无网格法相较于其他技术计算任务更重,以及求解问题本身的高度复杂和大强度计算,并行计算对此显得尤具吸引力。重构核质点法(RKPM)是一种对固体和结构进行大应变弹塑性分析的常用无网格法,考虑到它能精确建模超大变形问题而无网格扭曲现象,以及能方便地对需要精细化的区域进行简单改变质点定义即可求解,在此仅集中讨论该方法。并行程序包括网格分区预分析和并行计算,后者包括各处理器上分区间的显式信息传递。文中用基于图像的Metis程序来进行网格分区,由于其重定义技术能应用于不同几何部件的共享区域,该程序常见于基于网格的分析中。并行模拟和MPI信息传递在SGI Onyx3900超级计算机上完成。文中对不同分区的并行计算效果和性能进行了比较分析,并给出了无网格法与有限元法的对比结果。     

Level Set方法在自由面流动数值模拟中的应用

采用建立在固定的交错网格上隐式追踪界面的LevelSet方法来计算有自由面的流动问题.在计算中求解了两种互不相溶流体的N S方程.所参考的算例是瞬时溃坝问题,计算结果和实验观测基本符合,表明Lev elSet方法在液体自由面数值模拟中具有一定的适用性.     

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     

向心透平蜗壳轴向对称性影响的数值模拟研究

基于三维Naiver-Stokes方程组，采用分块结构化网格，用数值计算的方法模拟了矩形截面轴向对称和非对称蜗壳内气体的流动．湍流模型采用Baldwin—Lomax代数模型．模拟的结果表明，对称蜗壳和非对称蜗壳在出口气流特征上基本一致，非对称蜗壳气流的周向均匀性要优于对称蜗壳；非对称涡壳的后1／4流程出现了横向压力梯度，这个梯度容易引起二次流动损失．     

数值模拟圆柱统流旋涡生成、分离及演化

本文应用有限差分方法求解涡量－流函数形式的Ｎ－Ｓ方程，数值模拟了圆柱瞬时起动后流动分离，旋涡生成、脱落以及随时间推进涡街产生和长期非定常演化过程，包括对称涡的生成，二次涡形成的α结构及卡门涡街等．本文方法效率较高，数值模拟结果与实验结果吻合较好，可推广到模拟其他复杂钝体在中等或高雷诺数下的非定常绕流问题．     

初始群体飘移遗传算法在混合整数非线性规划中的应用

本文研究了非线性混合整数规划和遗传算法各自的特点,在此基础上,提出了初始群体飘移的思想、构造了一种求解混合整数非线性规划的新的遗传算法——初始群体飘移遗传算法。数值实验表明:该算法对大范围、多峰、非光滑混合整数非线性规划问题(MINLP)有着较好的全局求解能力,在解的质量、稳定性和收敛速度等方面优于一般的演化算法。     

上海世博会信息化框架与运作模式的探究

叙述了世博会信息化特征,上海世博会(SExpo)信息网风险评估控制模型及SExpo信息化总体框架,分析了世博会信息化运作模式,介绍了SExpo的C/S模式、B/S模式、混合模式、网格SExpo模式以及基于网格SExpo模式的数据挖掘应用等.     

功能阳离子淀粉的制备和应用

采用环氧氯丙烷、己二胺对可溶性淀粉进行接枝改性,制各了功能阳离子淀粉(CFS)颗粒.通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)以及紫外-可见光谱(UV)等测试手段对材料的微观相态结构和性能进行了表征.在0.1g/L的直接耐晒大红4BS模拟染料废水中,考察了功能阳离子淀粉的用量、沉降时间,搅拌速度,搅拌时间等因素对脱色率的影响.结果表明,在60rpm的搅拌速度下,功能阳离子淀粉的投入量为5g/L,搅拌50min,静置20 min,其脱色率可达94.4%.