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.     

搅拌浆液池固-液两相流搅拌的数值模拟

对固-液悬浮搅拌浆液池中的固液两相流场进行研究,进而讨论固体浓度对搅拌浆液池内液相流场的影响规律,是固液搅拌研究工作的重要组成部分,应用商业计算流体力学软件Fluent对浆液池中的流场进行模拟,基于N-S方程和标准的k-ε紊流模型,模拟出浆液池中液体的流动情况和体积分数的分布,分析垂直面内和水平面内液相流的流场分布规律、固相颗粒体积分数特点,并探讨了产生这种情况的原因,为搅拌器的设计和池液的改形提供参考。     

浆液池搅拌器固液两相三维数值模拟

对固-液悬浮搅拌槽中的固液两相流场进行研究,进而讨论固体浓度对搅拌槽内液相流场的影响规律,是固液搅拌研究工作的重要组成部分.本文应用商业计算流体力学软件fluent对浆液池中的流场进行模拟,基于N-S方程和标准的k-ε紊流模型,模拟出浆液池中液体的流动情况和浓度的分布,分析垂直面内和水平面内液相流的流场分布规律、固相颗粒浓度特点,并分析产生这种情况的原因,为搅拌器的设计和池液的改形提一些建议.     

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。     

基于Particle模型固液两相流离心泵流场数值模拟

基于Particle模型和非均相模型,运用流场分析软件ANSYS-CFX对固液两相流离心泵的内部流场进行数值模拟.液相采用标准k-ε湍流模型,壁面设置为无滑移壁面条件;固体颗粒相采用离散相零方程模型,壁面设置为自由滑移壁面条件.重点分析了过流部件壁面处固体颗粒的滑移速度、颗粒体积分数分布、滑移速度及体积分数分布与过流部件磨损的关系,将数值模拟结果与相关文献中的试验结果进行对比.结果表明:在蜗壳大包角壁面处,固体颗粒相的体积分数较大;在叶片头部靠近前盖板处、叶片压力面和吸力面的尾部处、蜗壳起始段靠近隔舌处和靠近叶片压力面尾部的前后盖板处等壁面,固体颗粒相的滑移速度较大,磨损较为严重.采用Particle模型和非均相模型能准确地模拟固液两相流泵内的流动规律.     

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。     

基于搅拌流场分析的潜水搅拌器优化设计及工程应用

潜水搅拌器作为主要的污水处理设备,其搅拌和推流的效果对污水的处理质量有着重要影响.对于潜水搅拌器的搅拌流场,应用κ-ε湍流模型来封闭运动方程,采用贴体坐标变换技术,利用Fluent软件对该复杂流场进行求解.结果表明:搅拌器叶轮运行时产生旋向射流,按照类似椭圆形的等速度线向前推进,中心速度较快,向外做扩展运动,利用体积流来输送液体.并通过改变搅拌器叶轮的设计参数,对模拟结果进行对比分析,提出优化设计方案,现场运行效果良好,效益显著.     

喷雾机搅拌模型构建与应用

分析了喷雾机悬浮液在液力搅拌下固体颗粒的起动、悬浮过程,建立了固体颗粒在液力搅拌下起悬的临界流速模型,在给定流量和压力的条件下,采用模型模拟与试验相结合的方法研究液力搅拌规律和影响搅拌性能的因素,并用流体力学的原理加以分析和说明。对邯农-650型喷雾机进行了改进和优化设计,确定了其液力搅拌器在药箱中的合理位置:s=7cm,h=8cm,θ=50°,搅拌喷头的间距为50mm;临界流速下得出最小搅拌流量为41.37L/min,搅拌均匀度在91%以上,达到国际标准。     

基于轴流泵叶轮设计的潜水搅拌器特性分析

为了研究潜水搅拌器叶轮设计方法、探索搅拌流场的内部流动机理,以轴流泵叶片设计方法为基础,对其进行修正得到潜水搅拌器叶轮模型,并采用变环量流型设计叶片,利用水力设计软件设计了潜水搅拌器叶片,对叶轮进行三维建模和网格划分,并对其进行数值模拟求解。将计算结果与轴流泵ZM30模型和贝特叶轮进行对比分析,并对设计的搅拌器叶轮进行模型试验,验证了其良好的搅拌性能。     

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。     

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.     

翼型优化在人工造流中的计算分析

针对国内潜水搅拌机主要依靠经验来选型以满足工程需求的问题,将潜水搅拌机设计与轴流泵相结合,利用轴流泵的水力设计方法--流线法对潜水搅拌机进行设计.采用多面体网格和边界棱柱层网格的混合网格划分方式,经CFD数值计算验证,得到的初始模型水力效果较好.在此基础上,统计初始模型速度环量分布规律,通过改变潜水搅拌机的出口安放角来改变速度环量沿径向的分布,对叶片翼型进行优化设计,得到了5种优化后的潜水搅拌机水力模型.在恒功率下进行对比分析,根据性能评判标准,最终发现环量分布规律1是潜水搅拌机搅拌效果最佳的翼型特征.研究可为潜水搅拌机叶片优化设计提供坚实的理论基础.     

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.     

鱼友好型轴流泵流场数值分析与汽蚀性能优化

为了提高鱼友好型设计造成的轴流泵汽蚀性能下降,通过实验对比验证了采用ANSYS CFX数值预测原型泵及鱼友好型泵汽蚀性能的可行性,得到经过鱼友好型设计后,原型泵许用空化余量(性能参数下降3%)数值计算结果由3.5 m增加到9 m,难以满足使用要求。通过分析鱼友好型泵的内部流场特性,揭示了轮毂处涡旋的产生机理以及叶片进口冲角过大的原因,由此设计出抑制涡旋产生、更加符合流动特性的叶片截面翼型,并修正部分设计参数。数值计算结果表明:优化后泵内部流场流动平稳,翼型头部液流过渡良好,没有局部速度增量产生,轮毂侧流动贴合叶片表面,在吸力面也没有产生涡旋,鱼友好型泵的装置许用空化余量预测值降低到3 m左右,完全满足原型泵的使用要求。     

不同叶片后掠角度下轴流泵叶顶区空化流场与性能研究

为研究轴流泵叶片后掠对叶顶区空化流场及性能的影响,以南水北调工程TJ04-ZL-02编号叶轮缩放模型为原型叶轮,将叶片重心积迭线圆周后掠得到后掠20°和后掠40°叶轮。基于ANSYS CFX 软件对全流场进行数值模拟,对比分析原型叶轮与后掠叶轮流道内压力、空泡、流线分布的变化,并对不同空化条件下叶片后掠对叶顶区漩涡强度、涡量和速度场的影响进行分析。研究表明：后掠叶轮临界空化余量降低,后掠叶片吸力面空化面积及空泡体积分数均低于原型叶片。在空化工况下,叶片后掠减小吸力面侧低压区域,有效抑制叶顶区三角形空化云的发展。由于叶片后掠减小叶顶区压差,导致叶顶泄漏量减小,TLV核心区漩涡强度和涡量随后掠角度的增大而减小,随着空化程度加剧,TLV漩涡强度和涡量均变大,叶顶区流场更加复杂紊乱。     

轴流泵叶轮进口流场PIV试验与数值计算

轴流泵内部流场较为复杂,尤其是端璧区的叶顶泄漏,不仅能破坏叶轮进口流场,而且对叶轮流道内流场也有较大的影响.采用CFD数值计算与PIV试验研究相结合的手段,对叶轮进口附近流场进行研究,以揭示其流动机理.PIV结果表明：在1.2Qopt和1.0Qopt工况下的流线及速度云图分布较为均匀,而0.8Qopt工况下,外缘壁面靠近叶片进口边处出现低速区,且流线向轮毂侧偏转.数值计算结果表明：预测外特性结果与试验相吻合,叶轮进口的流场也与PIV结果一致;另外,在1.2Qopt工况下,5%叶顶高处的间隙内部流动方向与主流一致;1.0Qopt工况下,流体基本沿周向运动;当流量减小到0.8Qopt时,出现叶顶泄漏,并在间隙内靠压力面侧形成分离后再附着的现象,在吸力面一侧受泄漏流与主流碰撞及相互卷吸的影响,形成一个逆时针方向的旋涡.     

射流泵液固两相流特性三维大涡模拟

为研究射流泵的三维液固两相流动特性,应用计算流体动力学（CFD）方法模拟其内部流动特征.采用LES方法和混合模型对射流泵在输送固体颗粒时的三维流场进行了数值模拟,分析了不同的固体颗粒直径、固相初始体积分数及流量比等参数对射流泵液固两相射流的湍射流场及射流泵基本特性的影响.结果表明：在较小的流量比条件下,固液两相流射流泵的压力比和效率与清水时的差别不大;但是在较大的流量比条件下,随着固相初始体积分数的增大,基本性能曲线与效率均下降,且流量比和固相初始体积分数越大时,其下降幅度越大;在固相初始体积分数和固相颗粒直径一定时,流量比越大,充分混合后的含砂体积分数将随之增大.固体颗粒直径越大,则越容易产生局部体积分布集中的现象,易在射流泵内形成堵塞.研究结果为工程实际应用提供了一定的技术支持.     

螺旋离心泵叶片变螺距型线方程

根据螺旋离心泵的结构特点,基于叶片式流体机械内固液两相双流体模型的流速比理论,分析了螺旋离心泵叶片型线的螺距变化规律,推导出固液两相流螺旋离心泵叶片变螺距型线的参数方程.依据给定的设计参数和固相体积分数,采用推导出的叶片型线方程设计出叶片型线,并生成叶片三维模型,叶片表面光滑平整.对该叶片形成的水力模型进行了外特性清水试验,并用该三维模型对固相体积分数分别为5%,10%和15%时的固液两相流动进行了数值分析.结果表明：介质为固液两相流时泵的效率较输送清水介质时有所提高,特别是在设计工况,当固相体积分数等于设计给定值时,泵的效率可提高8.5%;当偏离给定的固相体积分数值时,效率有所降低;在输送固液两相流介质时泵的扬程较输送清水时的扬程有所降低,且随着固相体积分数的增大扬程逐渐降低.     

高剪切匀浆泵两相流动的数值模拟

为了研究高剪切匀浆泵对物料的剪切混合效果,掌握剪切泵内流场的宏观规律和速度特性,应用三维造型软件Pro/E建立高剪切匀浆泵的水力模型,采用计算流体动力学的数值计算方法,基于Mixture混合模型,扩展的标准k-ε湍流方程及SIMPLEC算法对高剪切匀浆泵进行固液两相流的数值模拟.为了减小网格数量对计算结果的影响,对高剪切匀浆泵进行了网格的无关性检验.对不同流量和转速工况下的高剪切匀浆泵进行了数值模拟及横向比较,分析了流量和转速对剪切泵内流场的影响规律.分析结果表明：物料在经过剪切外腔后混合均匀程度显著提高,说明该剪切泵能对物料起到较好的混合均匀作用;随着流量的增大,固液两相混合均匀化速率变慢;随着转速的增大,两相混合均匀程度及速率变快,但改变转速只对转轮部分有影响,对进口区域的固相体积分数影响不大.