物料性质对固液搅拌槽中流动和悬浮特性的影响

摘要

固液悬浮是流体混合技术中最常见的操作，研究固液悬浮搅拌槽内的流场，对工业生产有重要的意义。由于实际工业中物料多种多样，随着不同固体颗粒的加入和液相粘度的改变，局部液相速度以及流场分布均发生变化，这直接影响到搅拌槽内的悬浮状态，因此研究物料性质对固液搅拌槽内流场的影响规律对工业生产有重要的指导意义。
　　 本文采用自行研制的双电导电极探头对搅拌槽内固液悬浮体系的局部液相速度分布进行了测定。实验在直径为476mm的平底搅拌槽内进行，全挡板条件，搅拌桨为CBYⅢ型轴流桨，下压式操作。实验中分别选取平均粒径为0.465mm、0.605mm、0.865mm，密度为1300kg/m3的树脂颗粒以及平均粒径为0.1mm、0.405mm、0.525mm、0.75mm，密度为2500kg/m3的玻璃珠为固相，水为液相，固相体积百分浓度φv从2.5％变化到20％。
　　 通过观察法，测量了不同颗粒直径、密度和固相体积百分浓度的临界离底悬浮转速，以便于找到临界离底悬浮转速随颗粒直径、密度和固相体积百分浓度的变化关系。
　　 在固体颗粒体积百分浓度为2.5％～15％时，测量了近壁上流区的局部液相速度，考察了加入不同粒径和密度固体颗粒后局部液相速度的变化，并分析了固体颗粒直径、密度和固相体积百分浓度对液相速度的影响，研究结果表明局部液相速度随着固体颗粒直径、密度和固相体积百分浓度的增大而减小。根据速度测量结果，计算了加入不同直径和密度固体颗粒时的剪切速率和循环流量，初步探讨了固体颗粒性质对桨叶混合效果和泵送能力的影响，研究结果表明固体颗粒直径和密度对剪切速率和循环流量的影响不显著。
　　 同时，利用计算流体力学商业软件CFX5.5.1对固液搅拌槽内近壁区的局部液相速度进行模拟，并将实验值和模拟值进行比较。模拟结果表明，数值模拟结果和实验结果有较好的一致性。

目录

文摘

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符号说明

前言

第一章 文献综述

1.1 固液悬浮特性的研究

1.1.1 完全离底悬浮临界转速

1.1.2 物料性质对固液悬浮的影响

1.1.3 搅拌设备对固液悬浮的影响

1.2 固液两相流动特性的研究

1.2.1 测速方法

1.2.2 固液两相流研究现状

1.3 搅拌槽内流动特性的数值模拟

1.3.1 CFD在搅拌反应器中的应用方法简述

1.3.2 搅拌槽内单相流CFD模拟概述

1.3.3 搅拌槽内两相流CFD模拟概述

1.3.4 搅拌槽内固液两相流的数值模拟

第二章 实验装置及测试方法

2.1 实验设备

2.2 实验方法

2.2.1 测试方法

2.2.2 测点分布

2.3 测量原理

2.3.1 探针结构及测速原理

2.3.2 速度方向的确定

2.3.3 探针的使用

2.3.4 误差分析

第三章 实验结果及讨论

3.1 颗粒性质对固-液悬浮特性的研究

3.1.1 颗粒直径dp及固相体积百分浓度φv对Njs的影响

3.1.2 叶轮离底高度C对Njs的影响

3.2 颗粒性质对固-液流动特性的研究

3.2.1 固体颗粒对局部液相速度的影响

3.2.2 颗粒直径对局部液相速度的影响

3.2.3 颗粒浓度对局部液相速度的影响

3.2.4 颗粒密度对局部液相速度的影响

3.3 颗粒性质对桨叶剪切速率的影响

3.4 颗粒性质对泵送性能的影响

第四章 固体颗粒对液相速度影响的数值模拟

4.1 计算体系

4.1.1 搅拌槽结构

4.1.2 网格划分

4.1.3 计算物系

4.1.4 计算方法

4.2 数值模拟结果与分析

4.2.1 宏观流动场的数值模拟

4.2.2 固体颗粒对液相速度的影响

第五章 主要结论

参考文献

致谢

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