组合桨搅拌槽内部流场数值模拟

针对组合桨组合形式在不同应用场合的匹配问题,采用计算流体力学(CFD)的分析方法,基于Fluent仿真软件,分析双螺带及六斜叶涡轮桨基于不同组合位置的内部流场情况采用多重参考系(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,得到搅拌桨在240 r/min的搅拌转速下产生的流场数据.分析搅拌器在特定界面处轴向、周向、径向的速度矢量图以及其综合速度云图,并对位置互换的流场进行分析和比较,选出上双螺带桨下涡轮桨为最佳的桨叶组合形式,此种组合桨型对于提升搅拌器在相关领域的应用和发展等有参考价值.     

不同搅拌桨设计对立式饲料混合机内流场的影响

【目的】为了提高立式饲料混合机的混合效率,需要研究不同搅拌桨形状、桨叶长度和数量条件下的混合效率,设计一款搅拌效率高的新型搅拌桨。【方法】课题组通过CFD仿真模拟,探究不同搅拌桨形状、数量以及桨叶长度对流场的影响,并根据混合机内速度场和湍流动能的变化,评估不同搅拌桨的搅拌效果。采用单因素实验设计,在每组实验中只改变一个自变量(即搅拌桨形状、数量或桨叶长度),对流场的速度和湍流动能变化进行分析研究。【结果】1)搅拌桨数量、长度不变,转速为50 r/min条件下,装配锚式搅拌装置的混合机内部流体的速度分布面积更为广阔,产生的湍流动能最大,为0.005 67 m²/s²;2)搅拌桨数量不变,桨叶从110 mm增加至150 mm时,混合机内的死区面积明显减少,桨叶附近的湍流强度明显升高;3)在锚式搅拌装置且转速为50 r/min的条件下,当主轴安装有两层搅拌桨时,混合机顶部和底部的速度都有所改善,部分区域可达到0.36 m/s,所产生的最大湍流动能为0.004 8 m²/s²,平均湍流动能分布均匀。【结论】...     

小型卧式螺带混合机的使用参数优化

利用CFD流体动力学软件FLUENT,对实验用小型卧式螺带饲料混合机的混合过程进行数值模拟。湍流选择标准k-ε,两相流模型选择混合模型(Mixture),示踪剂浓度模拟选用输运方程,不激活反应项。通过对转速为40r/min、填充率为40%时的混合过程进行仿真分析,表明在示踪剂浓度达到平衡时,混合效果不能满足要求。对混合机转速和填充率等进行仿真优化,结果表明,混合机转速为40r/min、填充率为55%混合效果最好,混合时间较短。该研究结果可为混合设备的设计研发提供理论依据。     

双层桨搅拌槽内气液分散特性的CFD-DPM模拟

为研究气液搅拌反应器内气体的分散和返混效果对反应器性能的影响,基于计算流体动力学(CFD)软件Fluent 62,液相和气相分别采用Euler模型和离散相模型(DPM),对双层六直叶圆盘涡轮桨(6-DT)搅拌槽内气液两相流动进行数值模拟,得到了槽内宏观流动场和气含率分布．通过统计不同时刻逸出液面的示踪气泡数量,对搅拌槽内气体停留时间分布进行了分析．研究结果表明:搅拌槽内液相在每层桨区形成了典型的双循环流型,槽内共有4个循环涡存在,气体易在循环涡涡心处聚集导致局部气含率相对较高,而在槽底区和两桨间区局部气含率相对较低;搅拌槽内气体停留时间分布具有单峰和拖尾现象,并受流型、气泡尺寸和操作条件等影响;提高搅拌转速或减小通气量有利于气体在槽内返混和分散．     

六折叶桨搅拌槽流场特性分析

通过六折叶搅拌桨建立结构模型并对其进行网格划分,采用计算流体动力学方法(CFD),对其在不同桨叶角度下的槽内流场分布规律及功率的影响进行分析。仿真计算表明:六折叶桨以轴向排液为主,其搅拌桨功率随折叶角度增加成线性增长关系,同时流场内湍流动能随着角度增加峰值也就越高,其具有的能量波动越大,搅拌桨剪切破碎能力越强,对于破碎能力需求不高的场合可适当减小折叶角度。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于CFD的卧式螺带混合机的混合过程分析

针对目前粉体混合研究中试验方法在三维流场的局限性,利用流体动力学软件FLUENT模拟了卧式螺带混合机的三维流场。通过简化建立了混合机三维模型,选择标准k-ε湍流模型及混合多相流模型对混合机内部流动进行仿真,选择输运模型计算示踪剂浓度。同时,重点分析了速度分布云图和体积分布云图,验证了物料在内外螺带区域的轴向和径向速度方向均相反,且物料在外螺带区域速度内螺带区域速度,通过体积分布云图可方便监测物料瞬态分布状态。通过分析示踪剂的质量分数变化,得出了经过55s物料即可混合均匀,验证了该混合机的高效率,该研究结果为进一步改进混合机性能提供了理论依据。     

自激振动旋耕刀设计与减扭降耗性能分析

为实现旋耕作业减扭降耗,在国标IT245旋耕刀基础上设计了一种自激振动旋耕刀装置,对其工作原理进行了阐述。通过运动受力分析,完成了其大弹簧参数选型与弹簧心轴腰型孔设计。基于DEM-MBD技术,建立土壤-旋耕刀相互作用仿真模型,分析5种刀轴转速下国标旋耕刀与自激振动旋耕刀所受三向阻力与扭矩变化规律。仿真试验中,刀轴转速为150、200r/min时,减阻降扭效果不明显;转速为250、300r/min时,自激振动旋耕刀相比国标旋耕刀的减阻降扭效果较好,垂向阻力分别降低6.96%、10.41%,且平均扭矩降低率较大,分别为9.80%和19.63%,而转速达到350r/min时,减阻降扭效果下降。通过对2种旋耕刀仿真与土槽试验的平均扭矩进行分析,得出了国标旋耕刀与自激振动旋耕刀平均扭矩变化曲线的相关系数,分别为0.997与0.998,基本验证了DEM-MBD耦合仿真模型的准确性。对土槽试验中采集的Y向（耕作时刀刃振动主要发生方向）振动加速度数据进行频域分析表明,随着刀轴转速的增加,Y向功率谱密度幅值总体呈上升趋势,转速达到300r/min时,激振频率达到装置Y向的固有频率附近,此时发生共振,Y向功率谱密度幅值达到最大值。即此时旋耕刀获得最大能量,扭矩降低幅度最大,减扭降耗的效果最佳。     

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.     

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。     

仔猪自动精细饲喂系统设计与试验

针对目前仔猪养殖成本高、自动化程度低的问题,设计了仔猪自动精细饲喂系统。系统包括机械本体和控制系统两部分,机械本体主要由下料电动机及下料螺旋装置、搅拌电动机及搅拌刀片和供水系统组成;控制系统主要由移动控制终端、控制器控制面板及控制器组成。系统控制部分可根据液位传感器、光电传感器和电动机编码器信号对自动精细饲喂装置的下料电动机、搅拌电动机和上水水泵进行实时控制,实现仔猪饲喂过程中的配料、搅拌、喂料、冲洗料桶和食槽的自动化。系统测试结果表明:系统运行稳定可靠,能够实现干湿料的精细混合和均匀搅拌;以电动机转速为150 r/min为例进行试验,自动精细饲喂系统的落料量与电动机的运行时间成正比关系(r~2=0.999 4),实际落料量与理论计算的落料量一致,其误差小于5%;测量饲喂系统螺旋装置转速分别为50、100、150、200、250 r/min时的下料量,结果表明下料量不随旋转输送装置转速的增加而无限增加,在转速为200 r/min时达到最大值,为0.133 t/h;该自动精细饲喂系统现场试验表明第2周与第3周喂养仔猪平均日增长量约为人工喂养的2倍。     

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．     

液力减速器振动特性的试验研究

为研究充液率、转速及叶片倾角对液力减速器外特性的影响,通过INV3020数据采集系统建立了振动试验系统,实现了振动信号的采集.以75°及90°泵轮液力减速器为模型,调节充液率维持在50%,60%,70%,80%,90%,100%情况下,调节变频器使泵轮转速恒定在800~1 200 r/min 5种工况进行试验研究.研究结果表明:充液率及转速的增加能够加剧液力减速器的振动特性,叶片倾角的减小使空化提前发生,发生空化时会出现振动激增现象;液力减速器从泵轮流出的液流对涡轮的作用力主要为轴向冲击力,故轴向测点振动最剧烈,其他方向测点振动幅值小于轴向测点.