三层桨搅拌槽内三维流场的数值模拟
CFX的流场精确数值模拟教程
基于CFX的离心泵 内部流场数值模拟基于CFX的离心泵内部流场数值模拟 随着计算流体力学和计算机技术的快速发展，泵内部的流动特征成为热点研究方向，目前应用 CFX 软件的科研人员还较少，所以将CFX 使用的基本过程加以整理供初学者参考。如有不对之处敬请指教。 、CFX数值计算的完整流程 、基于ICEM CFD勺离心泵网格划分 2.1导入几何模型 2.2修整模型 2.3创建实体 2.4仓U建PRAT 2.5设置全局参数 2.6划分网格 2.7检查网格质量并光顺网格2.8导出网格—选择求解器2.9导出网格 、CFX-Pre设置过程 3.1基本步骤 3.2新建文件
3.3导入网格 3.4定义模拟类型3.5创建计算域3.6指定边界条件3.7建立交界面
3.8定义求解控制 3.9定义输出控制 3.10写求解器输入文件 3.11定义运行 3.12计算过程 四、CFX-Post 后处理 4.1计算泵的扬程和效率 4.2云图 4.3矢量图 4.4流线图 2.1导入几何模型 在ICEMCFD软件界面内，单击File宀Imort Geometry^STEP/IGES（—般将离心泵装配文件保存成STEP格式）， 将离心泵造型导入I C E M如图3所示。 图3导入几何模型界面
2.2 修整模型 单击Geometry^Repair Geometry 宀Build Topology，设置Tolerenee，然后单击Apply，如图 4 所示。拓扑 分析后生成的曲线颜色指示邻近表面的关系：gree n =自由边，yellow =单边，red =双边，blue =多边，线条 颜色显示的开/关Model tree T Geometry T Curves T Color by cou nt,Red curves 表示面之间的间隙在容差之 内，这是需要的物理模型, N41 f !孕ECHH 匚丁E> !1 Z-和-1 ：z? ...... ....................... 兰直卤* 百曲gw 卜宀-im * Q涕曲空JIT^J 厂社tt-sfri- Piwpe^ifl-5 CorFklr air^ i Cphcri s Quip^jr 匸* JO 匸叭和皈X XWM X ■an. y% wn- Yellow edges 通常是一些需要修补的几何。 亠 图4修整模型界面 2-3 创建实体单击Geometry^Creade Body,详细过程如图5所示。
多层组合桨搅拌槽内气-液分散特性的研究
第18卷第5期高校化学工程学报No.5 Vol.18 2004 年10月 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities Oct. 2004 文章编号 北京 100029) 摘要采用由六叶半椭圆管叶盘式涡轮桨(HEDT)及四叶宽叶翼型桨的上提 (WH U)及下压(WH D)操作组合的六种不同的三层桨获得不 同桨型的通气搅拌功率及气含率的关联式底桨为HEDT的组合桨通气功率下降幅度最小 其次为WH Dòò′? ′??D???á1??é?a1¤òμó??à2?×éo??°??òo?á°è·′ó|?÷μ?éè??ìá1?2??? 通气功率气-液分散搅拌槽 中图分类号 A 1 前言 由于搅拌反应器在工业中的广泛应用对搅拌槽内气-液两相分散特性已得到了广泛研究 ＢＴ－６Ｌｉｇｈｔｎｉｎ 公司的A315μ?ê? 对三层或者三层以上搅拌桨的研究比较少[6~9] ????íùíù?aêμ?ê1¤òμ1y3ì?ùDèμ?óé2?í??°Dí113éμ??à2?×éo??°μ???-液分散特性研究较少 实际工业用搅拌槽/反应器的体积趋向于大型化 因此实际工业所用的搅拌槽反应器的高径比往往大于1.5 对于此类反应器但目前已发表的文献中对三层桨的气-液分散特性的研究由于该桨型具有明显的分区特征 近年来 目前对于不同类型的三层组合搅拌桨的研究不够充分 且适用范围较窄 较为详尽地研究了它们在气-液两相体系中的分散特性 为工业用多层桨气-液搅拌反应器的设计提供有益的参考 实验装置如图1所示搅拌槽中液位高度H=1.8Tμ2°??í45mm 实验采用如图2 ???DWH U为上提操作此种桨产生轴向流型下压式操作多用于下沉颗粒体系图3为半椭圆管叶盘式涡轮桨(简记为HEDT) 2003-10-132004-02-16 教育部优秀青年教师资助计划项目 郝志刚(1978-)oó±±oaμ|è?通讯联系人Email: gaozm@https://www.wendangku.net/doc/9a14557237.html, 万方数据
CFX的流场精确数值模拟教程.pdf
基于CFX的离心泵内部流场数值模拟 基于CFX的离心泵内部流场数值模拟 随着计算流体力学和计算机技术的快速发展，泵内部的流动特征成为热点研究方向，目前应用CFX 软件的科研人员还较少，所以将CFX使用的基本过程加以整理供初学者参考。如有不对之处敬请指教。 一、 CFX数值计算的完整流程 二、基于ICEM CFD的离心泵网格划分 2.1 导入几何模型 2.2 修整模型 2.3 创建实体 2.4 创建PRAT 2.5 设置全局参数 2.6 划分网格 2.7 检查网格质量并光顺网格 2.8 导出网格－选择求解器 2.9 导出网格 三、CFX-Pre 设置过程 3.1 基本步骤 3.2 新建文件 3.3 导入网格 3.4 定义模拟类型 3.5 创建计算域 3.6 指定边界条件 3.7 建立交界面 3.8 定义求解控制
3.10 写求解器输入文件 3.11 定义运行 3.12 计算过程 四、 CFX-Post后处理 4.1 计算泵的扬程和效率 4.2 云图 4.3 矢量图 4.4 流线图 2.1 导入几何模型 在ICEM CFD软件界面内，单击File→Imort Geometry→STEP/IGES（一般将离心泵装配文件保存成STEP格式），将离心泵造型导入ICEM，如图3所示。 图3 导入几何模型界面 2.2 修整模型 单击Geometry→Repair Geometry→Build Topology，设置Tolerence，然后单击Apply，如图4所示。拓扑分析后生成的曲线颜色指示邻近表面的关系：green = 自由边， yellow = 单边，red = 双边， blue =多边，线条
六斜叶式搅拌器流场数值模拟
大学 Zhengzhou University Cae课程论文 六斜叶式搅拌器流场数值模拟 Numerical Simulation of Shell-side Fluid-flow in the Six pitched blade stirrer 专业班级：过程装备与控制工程3班 作者：郝苒杏 作者学号：20090360310 完成时间：2012年12月16日
目录 摘要 (1) Abstract (1) 1、背景与意义 (1) 2、研究现状 (2) 3、数学物理模型 (2) 3.1基本控制方程 (2) 3.2湍流模型介绍 (3) 4、六斜叶搅拌器fluent数值模拟 (3) 4.1搅拌器结构 (3) 4.2几何建模 (4) 4.3网格划分 (4) 4.4模型求解设置 (5) 4.5边界条件设置 (6) 4.6残差设置 (7) 4.7初始化并且迭代求解 (8) 5结果分析 (8) 5.1网格独立性考核 (8) 5.2搅拌器流场速度矢量分析 (9) 5.3搅拌器压力场分析 (10) 6结论 (11) 7参考文献 (11)
六斜叶式搅拌器流场数值模拟 摘要 本文以常规六斜叶搅拌器设备为研究对象，采用数值模拟的方法，研究了搅拌器搅拌釜的流场特性的分布规律。研究结果表明:六斜叶搅拌器流动呈现为一个位于搅拌叶片外侧的大漩涡和一个位于叶片下方的小漩涡，两个漩涡之间存在流体和能量的交换，在六斜叶搅拌器中，桨叶区湍动能较大，能量耗散率高。将CFD技术应用于搅拌器搅拌流场的分析，基于Naives-Stokes方程和标准k－e 紊流模型，求解搅拌器的湍流场，数值模拟的结果对搅拌器水力优化设计具有指导意义。 Abstract In this paper, numerical simulation is eateries out to study the flow fields in three stirred tanks such as the general Pitched blade turbines(PDT)，the standard RUSHTON，and a stirred equipment with special usage. The results show that there is a large-scale vortex in the outer of the blade and a small vortex below the blade. The ruction stirred is vary little flow exchange between the vortices. The region of the stirred bale has a relative large turbulence and high turbulence dissipation rate. Stirrer CFD technology is applied to the analysis of the flow field, which is based on the Naives-Stokes equations and the standard k-e turbulence model and to solve agitator turbulence field. The numerical simulation results of the agitator is helpful to guide the design of its hydraulic optimization. 1、背景与意义 搅拌与混合是应用最广泛的过程操作之一，搅拌设备也大量应用于化工、轻工、医药、食品、造纸、冶金、生物、废水处理等行业中。由于相际接触面积大、传热传质效率高、操作稳定、结构简单、制造方便等优点，使得搅拌设备既可以当做反应器应用于很多场合，例如在合成橡胶，合成纤维和合成塑料这三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反应器的约占反应器总数的85%一90%。同时也有大量的搅拌设备并不是仅用在化学反应中应用物料的混合、传热、传质以及制备乳液、悬浮液等。在很多化工过程中，例如水煤浆和原油的输送是煤化工，石油化的重要特征，这种高浓度的液体输送前需要有相应的搅拌过程来防止进行前可能的沉淀。 在发酵工业中，搅拌操作同样占有非常重要的地位。发酵工业涉及到很多有氧呼吸的微生物，同时氧气在发酵液中的溶解度一般都很低。为了保证微生物基本代活动所需要的氧气，氧气的迅速有效的供给尤为重要。有氧发酵过程中所涉及到的搅拌操作主要是气液传质和分散。此外，(l)发酵过程中一般都伴随有中间补给，搅拌操作可以使补给原料和基料迅速混合，避免了局部的浓度过高。(2)微生物的代活动和搅拌过程都能产生大量的热，这些可以通过搅拌来强化传热从而使搅拌釜的物料温度保持均匀。(3)可以使发酵液中的菌体和固体基质均匀的悬浮。 在实现混合操作的过程中，转轮的搅拌推流形式起着很重要的作用。不同的转轮造成的搅拌推流效果差别很大，而不同的生产过程有不同的搅拌推流目的。本文将CFD软件应用于搅拌器的搅拌流场分析，对以后的设计和分析具有指导性的意义。
立体图形体积的教案
立体图形体积的教案 立体图形体积的教案 作为一名教学工作者，常常需要准备教案，通过教案准备可以更好地根据具体情况对教学进程做适当的必要的调整。那么教案应该怎么写才合适呢？以下是小编收集整理的立体图形体积的教案，欢迎大家分享。 立体图形体积的教案篇1一、说教材 说课内容：苏教版小学数学六年级下册第105页立体图形复习的第二课时——立体图形体积的复习。 教材简析：本节课复习内容是在学生掌握了一些线和面的知识及对简单立体图形特征、表面积和体积意义基础上进行的。通过这部分内容的学习，使学生进一步积累常见几何体体积计算方法的经验，并有利于促进学生进一步提高简单推理的能力，为今后学习立体图形起了举足轻重的作用。 教学目标： 知识目标：使学生进一步熟悉立体图形体积的计算公式，理解体积公式的推理过程及相互联系。 能力目标：经历运用公式解决实际问题的过程，培养应用数学知识的意识，发展实践能力。
情感目标：在活动过程中，关注每一位学生的发展，使他们获得成功的体验，对学好数学充满自信心。 教学重难点：立体图形体积公式的推倒及相互联系。 教学准备：多媒体课件圆柱体教具正方形纸作业纸橡皮泥 二、说教法 因为这节课是几何知识的复习课，所以我采用以直观演示法、操作发现法为主，以设疑诱导法、一题多变法为辅来实现教学目标。 三、说学法 教学中充分发挥学生的主体作用，学生能想、能说、能做的教师决不包办，居于此，我设计如下的学法，课前预习法、独立思考法、动手操作法、合作交流法，让学生在自主、合作、操作活动中获取知识，培养探究精神和应用能力。 四、教学程序 （一）直接揭示课题 （二）知识再现阶段 1、回忆公式 ①让学生回忆长方体、正方体、圆柱、圆锥体积公式。 ②学生通过观察、分析、交流、发现长方体、正方体、圆柱体积还可以用底面积与高的乘积来计算，因为长方体长和宽的积是长方体的底面积，正方体的棱长与棱长的积是正方体的底面积，所以长方体、正方体和圆柱的体积都可以用底面积乘高来计算。 ③我适时补充：像长方体、正方体、圆柱上下一样大且直直的
两种轴流式搅拌桨传热特性的CFD研究
质对此射线的散射作用不明显。 415 不同焦距对比 相同黑度、相同厚度的焊缝,只有2000mm 、2300mm 、2600mm 的焦距所得的射线底片上,其像质计7根金属丝全部可见,且黑度分布均匀,但距离越大,所需要的时间明显增加(所需时间分别为7.3min 、9.9min 、15.2min )。 依据式(5),焦距越大,几何不清晰度越小。因此,在焦距到2000mm 后底片上的金属丝全部可见。然而,射线的能量随距离的增加以与其平方成反比的方式而减小。当距离加大后,能量相应迅速下降,要想达到同样黑度,时间务必延长。 5 结论 (1)使用2M 加速器探伤时,需要采用细颗粒 的胶片。 (2)在能量范围内,适宜探伤较厚工件。(3)增感屏宜选用0.5mm 的铅屏。 (4)当工件后面无明显物件时,不必采取散射防护措施。 (5)当探伤工件的厚度在100mm 左右时,焦距在2000mm 左右最佳。 参考文献: [1] 赵熹华.焊接检验[M ].北京:机械工业出版社,2000. (许编) 收稿日期:2007201229 作者简介:朱向哲(19742),男,山东莱芜人,讲师,硕士,从事化工机械的研究工作。 文章编号:100027466(2007)0420029204 两种轴流式搅拌桨传热特性的CFD 研究 朱向哲a ,王卫强b ,马文涛a (辽宁石油化工大学a.机械工程学院; b.储运与建筑工程学院,辽宁抚顺 113001) 摘要:在搅拌反应装置中,槽内流体的换热速度和温度分布的均匀性是影响产品质量和生产效率 的主要因素。利用计算流体力学(CFD )方法,对两种轴流式搅拌桨A200和A310在某聚苯乙烯反应器中的传热特性进行了对比研究。计算结果表明,3层A310桨比A200桨使槽内流体的升温速度更快,温度分布更加合理。 关键词:搅拌桨;轴流式;传热特性;计算流体力学 中图分类号:TQ 052.5;TQ 051.7 文献标志码:A Study on Thermal Characteristic of Tw o Axial Flow Impellers by CFD ZHU Xiang 2zhe a ,WANG Wei 2qiang b ,MA Wen 2tao a (a.School of Mechanical Engineering ; b.School of Storage &Architect ure Engineering ;Liaoning U niversity of Petroleum &Chemical Technology ,Fushun 113001,China ) Abstract :In agitated reactor ,speed of heated exchange and t hermal uniformity are t he main fac 2 tors which st rongly effect o n quality and efficiency.The t hermal characteristics of two kinds of axial flow impellers are analyzed by means of CFD met hod.The result s show t hat t he t hree layers of A200impeller have more quick t hermal speed and better t hermal uniformity t han A310impel 2ler. K ey w ords :impeller ;axial flow ;t hermal characteristic ;CFD 第36卷 第4期 石 油 化 工 设 备 Vol 136 No 14 2007年7月 PETRO 2CH EMICAL EQU IPM EN T J uly 2007
涡轮桨搅拌槽内流动特性的大涡模拟
第21卷第4期高校化学工程学报No.4 V ol.21 2007 年 8 月 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities Aug. 2007文章编号：1003-9015(2007)04-0592-06 涡轮桨搅拌槽内流动特性的大涡模拟 李志鹏, 高正明 (北京化工大学化学工程学院, 北京 100029) 摘要：利用大涡模拟方法研究了涡轮桨搅拌槽内的流动特性，采用了三种亚格子模式：标准Smagorinsky-Lilly模式 (SLM)、Smagorinsky-Lilly动力模式(DSLM)和亚格子动能动力模式(DKEM)，并将模拟结果与标准k-ε模型及文献实验 数据进行了详细的比较。结果表明：大涡模拟方法可获得搅拌槽内的瞬态流场；对桨叶区时均速度及湍流动能的预测 与实验数据相吻合，比标准k-ε模型计算结果有明显改进，三种亚格子模型中DSLM和DKEM模拟结果更好。同时分 析了大涡模拟中桨叶端部附近湍流动能估计偏差的原因，发现主要是由于对轴向湍流均方根速度的预测偏差造成的。 大涡模拟方法为搅拌槽内非稳态、周期性的湍流流动和湍流特性的研究提供了强有力的工具。 关键词：计算流体力学(CFD)；大涡模拟(LES)；流动特性；搅拌槽；涡轮桨 中图分类号：TQ018；TQ027.2 文献标识码：A Large Eddy Simulation of Flow Field in a Rushton Impeller Stirred Tank LI Zhi-peng, GAO Zheng-ming (College of Chemical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China) Abstract:The hydrodynamic characteristics in a baffled Rushton impeller stirred tank was investigated by using large eddy simulation (LES). Three subgrid scale (SGS) models, the standard and dynamical Smagorinsky-Lilly and the dynamic kinetic energy models (SLM, DSLM and DKEM), were used in the simulation and compared with standard k-ε model and experimental data. The results show that LES approach can predict the transient flow field in the stirred tank. Velocity and turbulent kinetic energy obtained by different SGS models are in good agreement with the experiment and much better than those predicted by the standard k-εmodel. Among the three SGS models, DSLM and DKEM yield the better prediction than the other. Near the impeller tip, the estimation error of turbulent kinetic energy is mainly due to the inaccurate prediction of the axial turbulent root mean square of fluctuating velocity (rms). The results confirm that LES is a powerful approach for investigations of the unsteady and quasi-periodic behavior of the turbulent flow and turbulent characteristics in stirred tanks. Key words: computational fluid dynamics (CFD); large eddy simulation (LES); flow characteristics; stirred tank; Rushton impeller 1引言 涡轮桨搅拌槽/反应器广泛运用于化工、生物、制药等工业过程，槽内的流动特性对工艺设计、优化有非常重要的影响。实验测量可以为设计提供可靠的依据，但一般存在耗时长、费用高及工业放大等问题。与之相比，数值模拟可以较快捷、经济地提供更为广泛和详尽的数据。随着计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)技术的发展，搅拌槽内流动特性的数值模拟越来越受到关注。传统的雷诺平均法(Reynolds Averaged Navier-Stokes, RANS)计算量较小，可提供工程中常用的桨叶扭矩、宏观流动等数据，但由于模型存在较多的假设，对槽内流动，特别是桨叶区流动的预测不够准确[1,2]。直接数 收稿日期：2006-08-13；修订日期：2006-12-30。 作者简介：李志鹏(1978-)，男，湖北随州人，北京化工大学博士生。通讯联系人：高正明，E-mail：gaozm@https://www.wendangku.net/doc/9a14557237.html, 万方数据
三维搅拌器数值模拟
搅拌器数值模拟 1 引 言 搅拌混合是一种常规的单元操作，具有广泛的应用背景，搅拌可以使物料混合均匀、使气体在液相中很好地分散、使固体粒子(如催化剂)在液相中均匀地悬浮、使不相溶的另一液相均匀悬浮或者充分乳化，并可以强化相间的传质、传热。作为工业生产中工艺过程的一部分，搅拌效果直接影响到其它后续生产过程。 在利用超临界流体对废旧橡胶进行脱硫的课题中，脱硫反应釜中应用四叶涡轮搅拌器加强脱硫剂对溶胀橡胶的渗透作用。本文即对搅拌器在反应釜中产生的流场进行数值计算，分析搅拌流场特性，通过模拟得到流场结构及搅拌桨的速度矢量分布。 2 搅拌器流场数值模拟 2.1 四叶涡轮搅拌器solidworks 建模 四叶涡轮搅拌器桨叶直径mm 106=D ，叶片宽mm 20=a ，厚mm 2=b ，轮毂直径20mm 。三维模型建好后，保存为jiaobanqi.IGS 文件。 图1 四叶涡轮搅拌器 2.2 四叶涡轮搅拌器Gambit 建模 （1）将生成的jiaobanqi.IGS 文件导入Gambit 中，得到volume1。 （2）建立搅拌槽模型 本文采用平底圆柱形槽体，内径 mm 210=T ，槽内液位高度T H =； 搅拌
器安装在轴径mm 16=d 的搅拌轴上，桨叶中心线离槽底高度 3T C = 。 图2 搅拌槽尺寸 1）建立圆柱体模型，此模型作为搅拌器的动区域，圆柱体尺寸高为60mm ，半径60mm 。之后需对圆柱体进行平移，由于圆柱体的基准面都是建立在坐标原点所处的面上，本模型需使圆柱体沿着Z 轴平移，设定Z 轴的平移量为-20，得到volume2。 2）以同样的方法分别建立高为40mm ，半径为8mm ，高为210mm ，半径为105mm ，高为110mm ，半径为8mm 的3个圆柱体，分别为volume3，volume4，volume5，其中volume3无需平移，volume4沿Z 轴平移-60，volume5沿Z 轴平移40。最终得到搅拌槽的模型如图3所示。 图3 搅拌槽模型 （3）布尔运算 本次模拟采用多重参考系模型( Multi-Reference Frame, MRF )。即在计算时，
新型搅拌桨研究进展
新型搅拌桨研究进展 潘兴朋化研1316 2013200235 （北京化工大学化学工程学院，北京100029） 摘要介绍了开发新型搅拌桨的必要性, 总结了近期国内外对新型搅拌桨研究开发的现状,重点对新型轴流式搅拌桨和新型错位式搅拌桨作了详述，并对新型桨的研制发展趋势作了展望。 关键词新型搅拌桨研究现状轴流式错位式展望 引言 搅拌是化工生产过程常见的单元操作装置中的重要组成部分,通过搅拌可以加快两种或两种以上具有不同性质的物质间的传质速度,从而达到减小边界层厚度、强化传质、加速传热及快速均化混合的目的。因此搅拌设备在诸多领域、有着广泛的用途,特别是在制药、精细化工、染料、油漆等产品的生产中应用更为广泛。 搅拌反应器是化工行业中耗能较大的设备,搅拌桨是搅拌过程中的主要换能器件,它将旋转的机械能转化为流体的动能,其转化的效率及流体的流场分布直接影响着搅拌的效果及生产的成本。搅拌桨作为搅拌混合设备中的重要部件之一, 它提供了搅拌过程所需要的能量和适宜的流动状态,因而, 对它进行合理的设计是达到高效、节能的搅拌效果和生产要求的关键要素。然而国内外的调查表明, 在上述行业中存在桨型单调、选型不合理、结构与操作参数远离优选值、规模效益低等问题。这严重干扰了企业的正常生产, 影响了企业的经济效益。因此, 开发满足生产需求的高效搅拌桨, 是目前许多企业迫切的需求; 而对新型搅拌桨的开发和研制也会取得很好的经济效益。 1国内外新型桨的研制现状 目前国内外许多公司和研究机构, 都致力于新型高效节能型搅拌桨的研究开发。如轴流桨的开发，国外比较有名的是加拿大Rp rchem 公司研制的M axf lo 桨, 该桨比传统的圆盘涡轮桨传质系数提高40% , 功耗降低了50% ；美国L igh tn in 公司研制的A 315 桨, 适用于气液传递, 持气量比圆盘涡轮桨高80% ,功耗降低45% , 产量提高10%～50% , 而产生的剪切力为一般桨的1／4外, 还有德国Ekato 公司研制的In terno ing 桨, 法国Rob in公司的HPM 轴流桨等。国外出现的比较典型的径向流搅拌器有Ru sh ton 桨等, 这些精心设计的桨叶针对特定的工艺要求, 达到最佳的搅拌效果和节能效果。 国内搅拌桨的开发起步较晚, 约始20世纪80年代后期, 现阶段研制工作主要集中在: (1) 对桨型结构的改进和开发(包括对国外引进的新型桨进行仿制)。如对传统的桨型进行改进或利用科技工作者工作经验积累和实验测试数据开发新型桨, 出现了改进自混式圆盘涡轮搅拌器(简称SDT )、CBY 桨、LA 桨、M T桨和JH 桨等。 (2) 注重对搅拌桨流场和性能的研究。通过从国外引进或自编的软件, 对搅拌桨流场进行模拟或图象处理, 研究搅拌桨的流场特点和动力学特性, 为新型桨的设计和工业放大提供了有力的参考。 径向流搅拌器虽然在桨叶端能够产生很强的剪切作用, 易形成湍流扩散, 有利于混合, 但它同时也容易把反应釜内介质分成以搅拌器为界的上下两个循环区, 通常情况下, 区间混合时间是区内混合时间的10 倍
汽车外流场的数值模拟
汽车外流场的数值模拟 宁燕，辛喆 中国农业大学， 北京 （100083） E-mail ：rn063@https://www.wendangku.net/doc/9a14557237.html, 摘 要：利用CFD 方法，运用FLUENT 软件对斜背式车型的外流场进行了数值模拟，并对结果进行了处理与分析。研究了车身周围涡系的三维结构和车身表面分离流的情况，表明由于车身前后的压力差和主流的拖拽作用等，在汽车尾部形成了极其复杂的涡系。 关键词：汽车空气动力学；CFD ；车身外流场；FLUENT 1. 引 言 汽车空气动力学的研究主要有两种方法[1]：一种是进行风洞实验，另一种是利用计算流体动力学（CFD ）技术进行数值模拟。传统的汽车空气动力学研究是在风洞中进行实验，存在着费用昂贵、开发周期长等问题。另外，在风洞实验时，只能在有限个截面和其上有限个点处测得速度、压力和温度值，而不可能获得整车流场中任意点的详细信息。 随着计算机技术和计算流体动力学的发展，汽车外流场的计算机数值仿真由于其具有可再现性、周期短以及低成本等优越性而成为研究汽车空气动力学性能的另一种有效方法。 2. 控制方程和湍流模型 汽车外流场一般为定常、等温和不可压缩三维流场，由于外形复杂易引起分离，所以应按湍流处理。汽车外流场的时均控制方程式[2]如下：3,2,1,=j i ；z x y x x x ===321,,；，： u u =1w u v u ==32,平均连续方程：0=??i i x u 平均动量方程：??? ???????????????+????+???=??i j j i eff j j j i j x u x u x x p x u u μρ κ方程 ρεκσμμκρκ?+??????????+??=??G x x x u j t j j j )( ε方程 κερκεεσμμερε221)(C G C x x x u j t j j j ?+??????? ???+??=?? -1-
涡轮桨搅拌槽内流场特性的V3V实验
2016年11月 CIESC Journal ·4580· November 2016第67卷 第11期 化 工 学 报 V ol.67 No.11 DOI ：10.11949/j.issn.0438-1157.20160751 涡轮桨搅拌槽内流场特性的V3V 实验 鲍苏洋1，周勇军1，王璐璐1，辛伟2，陶兰兰2 （1南京工业大学机械与动力工程学院，江苏 南京 211816；2江苏省特种设备安全监督检验研究院国家化工设备质量监督 检验中心，江苏 苏州 215600） 摘要：用体三维速度测量技术（volumetric three-component velocimetry measurements ，V3V ）实验研究了涡轮桨搅 拌槽内桨叶附近流场。通过速度数据得到三维流场特性，确定尾涡三维结构；分析了叶片后方30°截面轴向、径 向和环向速度沿径向分布规律；对比了V3V 和2D-PIV （particle image velocimetry ）径向和轴向速度，发现速度 分布吻合较好，特别是尾涡所在的射流区。用2D-PIV 方法对尾涡发展规律进行研究，发现受流体自由液面影响，尾涡轨迹向上倾斜，并与水平方向成10°，上、下尾涡运动轨迹不对称，下尾涡运动比上尾涡稍快，衰减亦较快，这与V3V 实验结果一致；叶片后方60°尾涡依然清晰可见。用V3V 和2D-PIV 方法对桨叶附近湍流各向同性假设 进行了分析，发现桨叶区和尾涡所在位置湍动能被各向同性假设近似法高估了25%～33%，桨叶区和尾涡所在位 置趋向于各向异性。 关键词：V3V ；PIV ；尾涡；涡轮桨；流场；各向同性 中图分类号：TQ 022 文献标志码：A 文章编号：0438—1157（2016）11—4580—07 V3V study on flow field characteristics in a stirred vessel with Rushton turbine impeller BAO Suyang 1, ZHOU Yongjun 1, WANG Lulu 1, XIN Wei 2, TAO Lanlan 2 (1College of Mechanical and Power Engineering , Nanjing Tech University , Nanjing 211816, Jiangsu , China ; 2National Quality Supervision & Inspection Center of Chemical Equipment , Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute of Jiangsu Province , Suzhou 215600, Jiangsu , China ) Abstract: The flow field nearby standard Rushton impeller in a stirred vessel was investigated by volumetric three-component velocimetry (V3V) measurements, which about 18000 vectors were captured in a cubic volume of approximately 140 mm in height by 140 mm in width by 100 mm in depth. The characteristics of three-dimensional flow field and the structure of trailing vortices were derived from velocity data. The distributions of radial, axial and tangential velocities in 30° cross-section behind the impeller were analyzed and the distributions of radial and axial velocities by V3V were in good agreement with these by 2D-PIV (particle image velocimetry), especially for trailing vortices in the region of discharge streams. The 2D-PIV study on development of trailing vortices shows that the trailing vortices had an upward inclination at an angle of 10° to the horizontal line as a result of influence by the liquid free surface. The traces of movement were asymmetrical between upper and lower trailing vortices in a way that the movement and decay of the lower vortex were slightly faster than the upper one, which is consistent with the V3V results. Further, trailing vortices were still visible at 60° angle behind the impeller blade. Compared results of both V3V and 2D-PIV to that of pseudo-isotropic approximation, the normalized turbulent kinetic energy (k /V tip ) by pseudo-isotropic approximation was overestimated 2016-05-31收到初稿，2016-06-27收到修改稿。 联系人：周勇军。第一作者：鲍苏洋（1991—），男，硕士研究生。 Received date: 2016-05-31. Corresponding author: ZHOU Yongjun, zhouyj@https://www.wendangku.net/doc/9a14557237.html, 万方数据
三维搅拌器数值模拟
三维搅拌器数值模拟 搅拌器数值模拟 1 引言 搅拌混合是一种常规的单元操作，具有广泛的应用背景，搅拌可以使物料混合均匀、使气体在液相中很好地分散、使固体粒子(如催化剂)在液相中均匀地悬浮、使不相溶的另一液相均匀悬浮或者充分乳化，并可以强化相间的传质、传热。作为工业生产中工艺过程的一部分，搅拌效果直接影响到其它后续生产过程。 在利用超临界流体对废旧橡胶进行脱硫的课题中，脱硫反应釜中应用四叶涡轮搅拌器加强脱硫剂对溶胀橡胶的渗透作用。本文即对搅拌器在反应釜中产生的流场进行数值计算，分析搅拌流场特性，通过模拟得到流场结构及搅拌桨的速度矢量分布。 2 搅拌器流场数值模拟 2.1 四叶涡轮搅拌器solidworks建模 b,2mmD,106mm四叶涡轮搅拌器桨叶直径，叶片宽a,20mm，厚，轮毂直径 20mm。三维模型建好后，保存为jiaobanqi.IGS文件。 图1 四叶涡轮搅拌器 2.2 四叶涡轮搅拌器Gambit建模
(1)将生成的jiaobanqi.IGS文件导入Gambit中，得到volume1。 (2)建立搅拌槽模型 H,T本文采用平底圆柱形槽体，内径 T,210mm，槽内液位高度; 搅拌 d,16mm器安装在轴径的搅拌轴上，桨叶中心线离槽底高度。 C,T3 图2 搅拌槽尺寸 1)建立圆柱体模型，此模型作为搅拌器的动区域，圆柱体尺寸高为60mm，半径60mm。之后需对圆柱体进行平移，由于圆柱体的基准面都是建立在坐标原点所处的面上，本模型需使圆柱体沿着Z轴平移，设定Z轴的平移量为-20，得到 volume2。 2)以同样的方法分别建立高为40mm，半径为8mm，高为210mm，半径为 105mm，高为110mm，半径为8mm的3个圆柱体，分别为volume3，volume4，volume5，其中volume3无需平移，volume4沿Z轴平移-60，volume5沿Z轴平移40。最终得到搅拌槽的模型如图3所示。
搅拌器选型
工业搅拌与混合技术进展 虞培清，周国忠 （浙江长城减速机有限公司，温州325028） 摘要：工业搅拌与混合技术在近些年来取得了很大的发展，本文综述了这方面的进展情况。重点 对新型搅拌与混合设备的开发、流场测试与计算流体力学以及搅拌设备选型与设计软件四个方面 进行了综述与评价，并就国内的研究现状进行了简单概述。 关键词：搅拌，混合，搅拌器，流场测速，计算流体力学（CFD），专家系统 搅拌与混合是化学、制药、食品、环保等工业中最常见的关键单元操作之一。比如，一个合成纤维厂中，作为核心设备的聚合反应器仅两台，而与之配套的配料槽、溶解槽、稀释槽、缓冲槽等辅助搅拌设备则多达30台。在高分子材料生产中，作为核心设备的聚合反应器85％是搅拌设备。在制药发酵生产过程中，从种子培养到关键的发酵过程，几乎全部是搅拌设备。 鉴于搅拌设备的广泛应用，随着近年来工业技术的发展，流体混合技术在上世纪60到80年代期间得到了迅猛发展,其重点主要是对于常规搅拌桨在低粘和高粘非牛顿均相体系、固液悬浮和气液分散等非均相体系中的搅拌功耗、混合时间等宏观量进行实验研究。长期以来,虽然有大量设计经验和关联式可用于分析和预测混合体系,但将搅拌反应器从实验室规模直接放大到工业规模,仍是十分危险的,至今仍然需要通过逐级放大来达到搅拌设备所要求的传质、传热和混合。这种方法不但耗费巨额的资金和大量的人力物力,而且设计周期很长。据统计，在工业高度发达的美国，化学工业由于搅拌反应器设计不合理所造成的损失每年约为10—100亿美元。 因此，从更微观更本质的角度,例如采用先进的测试手段和建立合理的数学模型,获取搅拌槽中的速度场、温度场和浓度场,不仅对开发新型搅拌设备，而且对搅拌设备的优化设计具有十分重要的经济意义,对放大和混合的基础研究具有现实的理论意义。近些年来,工业搅拌与混合设备的一些新进展主要集中在以下几个方面。 1.新型搅拌与混合设备的开发 在很多情况下，搅拌设备是作为一种辅助设备使用的，其操作条件比较简单，搅拌的
各种搅拌槽实例
各种搅拌槽实例 1．沈矿 (1)XB型搅拌槽。这是沈矿20世纪70年代末移植和自行设计的带循环筒矿用搅拌槽（图1)，主要设置在浮选作业前使药剂与矿浆充分混合接触，以尽量发挥药剂作用，它适用于浓度不大于30％及矿石密度不大于3.5的矿浆与浮选药剂的搅拌。槽体分锥底和平底两种型式，其中XB-1000、XB-2500和XBM-3500搅拌槽没有粗砂管。 该机工作时，在叶轮的旋转作用下，矿浆和药剂产生大、小循环运动（图2），从而使整个槽内的矿浆、药剂达到均匀混合，混匀的悬浮液由溢流口排出。 XB型搅拌槽的技术性能列于表1。 (2)无循环筒矿用搅拌槽。沈矿在转化、吸收法国罗宾(Robin)公司有关搅拌装置技术资料的基础上，于1990年开始的2年时间内自行设计、研制了下述3种新型的无循环筒矿用搅拌槽。 1) Φ4500mm×4500mm搅拌槽。适用于金属矿和非金属矿选矿厂、洗煤厂、电厂和化工部门料浆的搅拌和储存。 该搅拌槽的结构示于图3，其结构特点如下：①叶片用钢板制成所需形状，然后用胎具压制成最终形状，轮毅和叶片用螺栓连接，其优点是平衡性能好、叶片便于更换；②主轴由上、下轴两部分组成，下轴用无缝钢管制成，两段轴用法兰连接。这样既减轻了设备质量，又保证了一定的刚性，并降低了搅拌器的起吊高度；③支撑主轴的支座不再采用传统的铸铁件，而改用焊接结构，使设备结构紧凑，质量减轻；④传动系统采用立式行星齿轮减速器，输出轴用弹性联轴器与主轴相连。这样传动效率高，结构简单，运转可靠；⑤采用标准件和通用件的比例增大，造价降低。 该搅拌槽的工作原理示于图4。矿浆在具有轴流式螺旋桨叶片叶轮的旋转作用下，沿轴向从叶轮下端排出，在叶轮腔形成负压，使矿浆从叶轮上面流入叶轮腔加以补充。同时，在稳流板的导流作用下，矿浆在槽内形成中心向下、四周向上的垂直循环流。当矿浆的上升流速度大于矿粒的沉降速度时，矿浆中的矿粒便呈悬浮状态，并保持均匀的浓度。 几种搅拌槽的技术性能列于表2。 2）Φ8m×11m、Φ8m×8m搅拌槽。其工作机构、叶轮几何形状和参数设计合理，为高效节能型设备。其结构特点、工作原理和用途与Φ4500mm×4500mm搅拌槽相同，只是采用了双叶轮机构（图5），其主要技术性能参数列于表2。 3）Φ14m×30m大型搅拌槽。这是结合国情转化设计的国内最大型搅拌槽，其结构示于图6。 该搅拌槽主轴上装有5层叶轮，上面4层为双叶片轴流螺旋桨式叶轮，可把料浆自上而下进行接力推进式搅拌；最下层是涡轮型轴、径两向流叶轮，起清底搅拌作用。在该叶轮组的旋转作用下，直径14m、高30m槽体内的4400m3料浆便产生中心向下、周围向上的垂直大循环流。目前它已用作铝厂的种分槽，当叶轮线速度为2.8m/s时，即可保持槽中的结晶颗粒处于均匀的悬浮状态。该机的技术性能列于表2。