杯型搅拌器功率特性与气液传质特性研究

摘要

搅拌与混合设备在工业生产中应用广泛，搅拌器是其核心部件，其性能好坏直接影响搅拌设备的混合效果。搅拌器的发展一般有两种途径：一是设计开发新型桨叶；二是利用已有桨叶进行组合改进。随着现代化工的发展，对搅拌混合设备也提出了更高的要求，开发节能高效、性能优良和满足特定混合要求的搅拌器十分必要。杯型搅拌器是一种新型的搅拌混合设备，本文对杯型搅拌器的功率消耗特性和气液传质特性进行了系统研究，对其在进一步的应用和放大研究中提供基础和借鉴。 首先，利用糖浆-水溶液体系系统测定了杯型搅拌器的功率消耗情况，考察了不同的转速、桨叶角度、桨叶结构、挡板和物料物性（粘度、密度）对杯型搅拌器功率消耗的影响，并得出了其功率曲线；辅助以CFD数值模拟技术对搅拌器的功耗、流体流场、速度和剪切速率分布进行了研究，模拟结果与实验结果呈现出较好的一致性；并且将实验测得功率值进行拟合得到了适用于杯型搅拌桨的功率关联式。所得功率准数关联式的计算值与实验值误差在20%以内，能够用于计算杯型搅拌桨的功率准数值。 其次，利用动态法研究了杯型搅拌器的气液传质特性，考察了在有挡板情况下不同转速、桨叶角度、桨叶结构、通气气量、表面活性剂对杯型搅拌器气液传质性能的影响；并将实验测得值进行拟合得到适用于杯型搅拌器的气液传质系数关联式。结果表明，轴流式杯型搅拌器（桨叶角度为15o、30o、45o）之间的气液传质性能相差不大，其中CB2-15的传质性能略好，但均要优于径流式（桨叶角度为0o）。利用气液传质系数关联式得出的计算值与实验值误差在15%之内，能够用于杯型搅拌桨气液传质系数的计算。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 概述

1.1.1 研究背景

1.1.2 国内外发展现状

1.2 搅拌设备

1.2.1 搅拌设备用途

1.2.2 搅拌器的型式

1.3 搅拌器的基础特性研究

1.3.1 搅拌器的功耗特性

1.3.2 搅拌器的气液传质特性

1.4 数值模拟

1.4.1 CFD数值模拟简介

1.4.2 计算流体力学模型

1.4.3 CFD数值模拟应用

1.5 主要研究内容

第2章 实验方法和模拟方法

2.1 实验方法

2.1.1 实验装置

2.1.2 搅拌器结构

2.2 实验测量方法

2.2.1 功率消耗测定

2.2.2 气液传质性能测定

2.3 CFD数值模拟方法

2.3.1 模拟方法

2.3.2 模型验证

2.3.3 网格无关性验证

第3章 杯型搅拌器的功率特性研究

3.1 杯型结构对杯型搅拌器功耗的影响

3.2 杯型搅拌器桨叶角度对杯型桨功耗的影响

3.3 挡板对杯型搅拌器功耗的影响

3.4 功率准数关联式的研究

3.5 本章小结

第4章 杯型搅拌器的气液传质特性研究

4.1 杯型搅拌器气液传质系数的研究

4.1.1 桨叶角度的影响

4.1.2 桨叶结构的影响

4.1.3 气体流量的影响

4.1.4 表面活性剂的影响

4.2 杯型搅拌器气含率的研究

4.2.1 桨叶角度的影响

4.2.2 桨叶结构的影响

4.2.3 气体流量的影响

4.2.4 表面活性剂的影响

4.3 气液传质系数关联式

4.4 本章小结

第5章 结论与建议

5.1 主要结论

5.2 建议与展望

参考文献

附录

发表论文及参加科研情况说明

致谢