组合桨搅拌槽内部流场及混合时间数值模拟

针对组合形式的搅拌桨在搅拌领域广泛应用的问题,采用计算流体力学分析方式,将双螺带搅拌桨和六斜叶圆盘涡轮搅拌桨在搅拌槽内部流场进行研究,采用多重参考系（MRF）方法建立基础模型,基于Navier-Stokes方程和标准k ε湍流模型对搅拌槽内部流体产生的流场进行数值计算,分析搅拌桨在180,240,300 r/min的搅拌转速下产生的流场数据,并在槽内加入示踪剂,研究槽内搅拌过程中混合时间的测定.研究结果表明：搅拌槽内液相在双层浆区出现了典型的回旋涡流型,设定监测点,分析示踪剂在不同监测点的浓度变化曲线,得出混合时间为9.6 s,并对比得出240 r/min转速的搅拌效果和混合时间以及搅拌功率对于工业生产具有绝对优势的结论,通过工业放大的试验形式验证了模型的正确性,为非牛顿流体湍流层搅拌槽的设计和工程应用提供了理论依据.     

单双层涡轮式搅拌器的流场分析与对比

利用计算流体力学对单、双层涡轮式搅拌器在搅拌釜内产生的流场进行研究,并通过PIV验证模拟所选用的MRF模型符合实际。结果表明:选用单层涡轮式搅拌器时流体流动范围较窄;选用双层涡轮式搅拌器时流体流动范围较广。单层涡轮式搅拌器可提高转速以获得与双层涡轮式搅拌器近似的搅拌范围,但功耗较大,且搅拌效果较双层的差。单层涡轮式搅拌器的漩涡位置与涡径及转速无关,搅拌范围随转速的增大而增大;双层涡轮式搅拌器的涡心位置随转速增大而上移,且涡径随转速的增大而增大。双桨桨间距对流场的干涉作用明显,间距大或小均会导致漩涡发散,涡心不明显,流体流动范围变窄。     

单层搅拌桨搅拌釜内流场数值模拟

文章基于流固耦合理论,运用计算流体动力学方法,采用FLUENT软件,分析搅拌反应器内部流场特性,研究了六直叶、六斜叶、45°六斜叶涡轮、三斜叶型搅拌桨在有无挡板及不同转速等结构及工作条件对搅拌反应器内流场特性的影响,并得出结论:在有挡板时比无挡板时的流体内部速度场分布范围更广;6叶片的流场比3叶片的流场更加均匀,搅拌效果更好;四种搅拌桨中六直叶桨搅拌效果最好,但功率消耗最高。     

开启涡轮式搅拌器的流场分析及结构优化

对于开启涡轮式搅拌器的搅拌流场,采用多重参考系法、标准κ-ε湍流模型和SIMPLE算法,应用Fluent软件对其进行数值模拟,并用PIV实验进行验证。结果表明:数值模拟与实验结果基本一致,选用的MRF模型符合实际;对叶片数为4、桨叶倾角为45°、桨径为100mm的常用开启涡轮式搅拌器在转速为120r/min时进行模拟,发现桨叶区产生径向流,在挡板附近形成漩涡,在釜底存在搅拌死区;对搅拌器叶轮设计参数进行优化,发现当桨径为170mm、桨叶倾角为45°、叶片数为6时所产生的搅拌死区最少,搅拌效果最佳。     

搅拌罐内纸浆悬浮液内部流动数值模拟

对搅拌罐内纸浆悬浮液的两相流场进行研究,分析搅拌罐内液相流场的流动规律.应用计算流体动力学软件Fluent对搅拌罐内纸浆悬浮液的混合进行数值模拟,采用非结构化四面体网格,利用多重参考系法,选用标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法,分别模拟了搅拌器5种不同安装高度下的搅拌流场,并分析了搅拌器的速度流线分布、搅拌器叶片表面的压力分布规律、搅拌罐内固体体积分数的分布和搅拌功率.模拟结果表明：搅拌器形成一个较大的搅拌流场,主体循环较好,由固体体积分数分布图和漩涡所在平面固体体积的分布规律明确了倒锥体区域和漩涡区的位置.由搅拌器的功率系数对搅拌器的性能进行判定,根据此判定依据可知,所设计的搅拌器性能优良,研究结果对搅拌器的优化设计具有一定的参考价值.     

搅拌罐内纸浆悬浮液内部流动数值模拟

对搅拌罐内纸浆悬浮液的两相流场进行研究,分析搅拌罐内液相流场的流动规律.应用计算流体动力学软件Fluent对搅拌罐内纸浆悬浮液的混合进行数值模拟,采用非结构化四面体网格,利用多重参考系法,选用标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法,分别模拟了搅拌器5种不同安装高度下的搅拌流场,并分析了搅拌器的速度流线分布、搅拌器叶片表面的压力分布规律、搅拌罐内固体体积分数的分布和搅拌功率.模拟结果表明：搅拌器形成一个较大的搅拌流场,主体循环较好,由固体体积分数分布图和漩涡所在平面固体体积的分布规律明确了倒锥体区域和漩涡区的位置.由搅拌器的功率系数对搅拌器的性能进行判定,根据此判定依据可知,所设计的搅拌器性能优良,研究结果对搅拌器的优化设计具有一定的参考价值.     

基于逆向工程的混肥搅拌器重构及CFD模拟

以灌溉施肥系统重要组成部分混肥搅拌器为研究对象,基于逆向工程技术,对搅拌器叶片进行三维重构和偏差分析,结果显示:重构叶片曲面90%以上区域精度达到±0.1 mm。基于ICEM软件对搅拌器流场域进行建模和非结构网格划分,采用多重参考系法、欧拉模型和RNG k-ε湍流模型实现不同搅拌速度和桨叶离槽底高度下搅拌器性能的CFD模拟,对不同工况下搅拌器的搅拌效果进行分析讨论,为混肥搅拌器的应用和优化设计提供一定参考依据。     

流线型两叶片XCK搅拌器内部流动

采用三维建模软件Pro／E建立三维实体模型,利用FLUENT6．0大型计算流体力学软件,采用非结构化四面体网格,利用动坐标系技术,采用κ-ε湍流模型和SIMPLE算法,对新型流线型两叶片XCK搅拌器进行了流场模拟,分析了全罐的速度矢量图,并对该新型搅拌叶片处于不同安装高度的搅拌流场进行了对比,发现轴流式叶轮比径流式叶轮的搅拌效果要好．计算结果表明,该新型搅拌器流场为轴对称,属于轴流式搅拌器;该新型搅拌叶片安装在搅拌罐中部时,轴向流最突出,搅拌循环最明显．     

双层intermig桨式搅拌槽流动场数值模拟

搅拌器被广泛应用于许多工业过程中。本文对双层intermig桨式搅拌槽内的混合过程进行了三维模拟,采用多重参考系法(MRF)及标准k-ε模型,分析了不同工况下,桨叶直径及离底高度对流场及搅拌功率的影响,绘制了Np-Re关系图。结果表明:离底高度的变化对搅拌槽流场性能的影响非常明显,流动模拟可获得详细的流场分布及各项特性参数,计算结果可为工业搅拌过程提供工艺参考。     

果园混肥器设计与数值模拟分析

针对我国水资源短缺、水溶性肥料溶解度较低以及灌溉施肥中水肥混合的均匀性问题,设计了一种高效混肥器,并利用ANSYS仿真计算软件,对该混肥器的搅拌装置进行模态和应力应变仿真分析。同时,基于Fluent模块对混肥器搅拌过程的流场、速度场进行模拟计算分析。结果表明：计算分析得到搅拌器的安全系数为11.95,最低阶模态主频率为19.13Hz,各阶频率远大于混肥器的激励源频率,表现出良好的振动特性,完全满足工业设计要求。由分析得到的不同搅拌速度的流场分布图可知,混肥器在大于临界搅拌速度的旋转搅拌过程中速度矢量分布较为复杂,混肥器内部产生较多的扰流和湍流,可有效提高混肥效果,同时发现,转速大于临界搅拌速度时,搅拌速度的增加对于混肥器内部流场分布的影响较小,最佳搅拌速度为600r/min,此时在得到良好的搅拌效果的同时降低了能耗。     

桨式搅拌器结构参数优化试验

桨式搅拌器因其结构简单、性能稳定,一直被广泛应用于厌氧发酵领域,对于搅拌桨的结构参数却少有研究。为此,以搅拌轴旋转速度、桨叶直径、桨叶倾角作为影响因素,以搅拌所需净功率与搅拌强度(以完全搅拌所需时间长短,反映搅拌强度大小)为考察指标,采用3因素3水平正交试验确定桨式搅拌器结构优化参数。结果表明:当最优组合在搅拌轴旋转速度为150r/min、桨叶直径为135mm、桨叶倾角为60°时,得到的搅拌所需功率2.6W、搅拌时间为5s。     

不同安放角度对污水搅拌器水力特性的影响

为深入对比污水处理池中搅拌器不同安放角度对其水力特性的影响,文中基于Fluent对搅拌器在不同安放角度下的水力特性进行数值模拟,得出适合搅拌器工作的较优工况.利用标准k-ε湍流模型及 SIMPLEC 算法对不同工况进行模拟,对比相应的流速分布和搅拌器中心所在平面的速度分量.结果表明:当搅拌器安放角度为-15°时,处理池内平均流速较高该工况下处理池内平均流速较高且搅拌器消耗的功率较小.通过分析搅拌器安放位置中心横断面的速度分量发现,经过搅拌器的水体呈现螺旋状向流向方向发展;在直角坐标系中3个方向速度分量各不相同.在搅拌器安放角度为-15°时,水体流速在轴y,z分量较大且不与墙体冲突.因此,在实际应用中适当改变搅拌器的安放角度,可以有效改善水体循环流动,优化搅拌器的搅拌效果,研究结果可为潜水搅拌器的实际工程提供参考.     

搅拌机布置方式对生化池流场的影响及优化

针对某缺氧池混合液搅拌效果的好坏不仅与设备自身设计有关,更受到搅拌机布置方式影响的问题,研究搅拌机布置方式对生化池流场的影响.基于Star-ccm+虚拟仿真平台,对缺氧池及搅拌机区域进行多面体网格划分,采用K-Epsilon湍流模型进行全流场数值模拟,剖析池内流场物理结构.根据搅拌机搅拌形成的环流布局,设计整体推流和分布推流2种布置方式,最终获得最佳安放角度和位置.计算结果表明:该缺氧池采用整体推流能有效减小低速区域面积,提高平均搅拌速度;当2台搅拌机与壁面呈一定角安放时,更利于推流的扩散和死角区域的改善.根据优化结果对现场进行布置,试验结果与数值模拟接近.因此,采用多面体网格计算,具有较好的收敛速度和计算精度,可为生化池流场中搅拌机布置提供参考.     

污水搅拌器摆放角度对流场性能影响

针对搅拌器摆放角度不合理、污水处理池内液体能耗过大造成的底部流速较低等问题,基于Fluent对搅拌器在不同摆放角度下的流场进行数值模拟,以优化设计、减少污泥沉淀.通过UG建立三维实体模型并进行四面体网格划分,利用标准k-ε湍流模型以及 SIMPLEC 算法对处理池进行模拟.在改变搅拌器摆放角度的情况下,对比处理池内的流速分布情况和平均速度大小,得出不同摆放角度对搅拌器推流搅拌效果的影响;同时还对流场中旋涡结构与搅拌能耗的关系进行了研究.结果表明:摆放角度为50°时,底部截面平均流速最大提高17.6%,体平均流速可提高6%,最大降低底部死区率12%,推流搅拌效果最佳.同时,搅拌效果也受旋涡结构影响,旋涡数量越少,单个旋涡尺度越大,旋涡能耗越低,流态越平稳,推流搅拌效果越好.可以通过改变搅拌器摆放角度,改善内部流态,减少污泥沉淀现象,降低旋涡能耗,达到改善推流搅拌效果的目的.     

全混式厌氧反应器搅拌方式分析与优化

采用流体动力学模型对全混式厌氧反应器内的流场进行三维稳态数值模拟.研究搅拌器不同安装方式对上层和下层扰动的影响,以达到消除上层结壳和扰动下部污泥层的目的.结果显示,单纯提高搅拌器的安装高度难以改善运行情况.双层搅拌方式下,4.3m层流速较原始安装位置可提高90.90％,0.2m层流速可提高20.94％.工程实践表明,改造后的搅拌方式可以有效减少浮渣,同时扰动污泥,提高运行效率.     

双旋涡轮叶片不同参数下外流场模拟分析及优化

【目的】研究搅拌器中双旋涡轮叶片的外流场特性与叶轮参数之间的关系。【方法】采用叶轮设计理论分析、模拟与优化等方法,研究双旋涡轮叶片数、叶片开孔、中心轴开孔这3个影响因素对外流场的影响结果,对模型进行分析和整体优化,与传统斜叶涡轮叶片对比研究。【结果】叶片数量、叶片开孔及中心轴开孔的分析情况中,叶片数目为6时外流场的循环环流明显,环流强度较大,即搅拌效率最高;叶片开孔与中心轴开孔的情况,在一定程度上破坏了循环环流,降低了搅拌效率,即无孔方案更佳;在对流场的模拟分析中,叶片数量对外流场影响最大。【结论】在3个不同影响因素下,叶片数量在3个影响外流场的因素中作用最大;叶片有孔相较于无孔降低了搅拌效率;中心轴开孔相较于无孔,在一定程度上降低了搅拌效率模拟分析中最佳方案为6叶片无孔涡轮叶片。上述模拟分析结果,在涡轮叶片的分析中有一定的参考作用,为以后搅拌器的叶轮分析研究提供了相关理论依据。     

桨叶式搅拌槽内部流场数值模拟及PIV试验

对搅拌槽内的混合过程进行了三维数值模拟,采用多重参考系法（MRF）以及标准k-ε模型,分析了搅拌槽内液体的流动情况.为了了解采用的叶轮模型能否有效地搅拌液体,分析了搅拌槽内垂直面和水平面的速度分布情况.运用PIV技术对搅拌槽内的真实流动情况进行了研究和探讨.通过比较搅拌槽液面、叶轮排放区、叶轮流入区以及槽底的速度分布与数值模拟速度分布之间的差异,发现数值模拟和试验所反映的轴向速度增减趋势相同,但最大速度点的差别有所不同：模拟值和试验值在池底基本吻合,在叶轮排放区和流入区分别相差12.8%和14.2%,在池面相差较大.这肯定了数值模拟对试验研究的预测作用,可为搅拌器的选型和设计提供参考.     

沼气池搅拌的CFD模拟及温度场验证

为了对底侧入式搅拌的沼气发酵池内的流场进行研究，该文采用计算流体力学方法，以上海市崇明县某示范工程的主体沼气发酵池（69.3 m3）为对象，对流场和温场进行计算模拟，并通过温度测量来验证温度数值模拟的可靠性，从而间接验证流场数据准确性。通过温度场的模拟和实测数据对比，整体温场模拟和实测数据在0.05水平下无显著差异；通过流场模拟和工程运行的观察，都反映此发酵池中设计的底侧入式搅拌不能充分实现发酵池的搅拌。但模型在相关设定上仍有与实际不符之处，模型仍有待完善。     

双曲面搅拌器翼型及安装高程对搅拌性能的影响

采用NX软件建立实体模型,Fluent18.0软件进行三维湍流分析,通过非结构化网格和动坐标系技术,选用标准k-ε湍流计算模型和SIMPLEC算法进行速度-压力耦合求解.在原有双曲面搅拌器翼型的基础上,对桨叶进行水平叠加,并计算了2种翼型下双曲面搅拌器在9 m×9 m×5 m的氧化池内的搅拌流场,对比分析了优化前后双曲面搅拌器桨叶附近流场变化和不同安装高程下特定区域的湍动能变化.双曲面搅拌器的桨叶延伸线为螺旋线,研究计算表明,其桨叶的迎水面作为直接与来流撞击的面,其最优应为螺旋线的凹侧且与转盘呈锐角的斜面,背水面最优为与转盘垂直的垂面,且背水面后增加一斜面可对加速后的水体起到整流作用,使搅拌器径向搅拌范围更大.安装高程为H=1 000 mm时,池内平均流速达到0.710 m/s,较优化前提升0.140 m/s,平均湍动能达到0.088 J /kg,较优化前提升0.043 J /kg,主要区域平均湍动能由0.015 J/kg提升至0.028 J/kg.