發(fā)布時(shí)間：2021-08-22 05:39

　　粘性流體中顆粒的分散是一種典型的固-液多相體系操作,該操作通常要求顆粒均勻分散,并對(duì)達(dá)到均勻分散的速度有一定要求。在一些生產(chǎn)工藝中,上浮顆粒與下沉顆粒并存于粘性流體中,此時(shí)需要同時(shí)對(duì)上浮與下沉顆粒的狀態(tài)加以考慮。本文首先對(duì)不同操作條件下上浮顆粒的下拉分散進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,而后在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,使用數(shù)值模擬分別對(duì)上浮顆粒在液體中的固-液攪拌和上浮與下沉顆粒并存的固-固-液三相攪拌體系進(jìn)行了研究,并提出了優(yōu)選的攪拌槳型式和預(yù)測(cè)臨界下拉（懸浮）轉(zhuǎn)速的關(guān)聯(lián)式。實(shí)驗(yàn)在液體粘度為0.042 Pa·s的麥芽糖漿水溶液-SBS顆粒體系下進(jìn)行,研究了 WH、CBY、PBT三種攪拌槳在不同深度的臨界懸浮特性及轉(zhuǎn)速-云高關(guān)系。結(jié)果表明,浸沒(méi)深度較小時(shí)WHd槳的臨界下拉功率最低,浸沒(méi)深度較深時(shí)CBY槳的臨界下拉功率最低。同功率下云高隨浸沒(méi)深度增加而減小,無(wú)因次云高越接近1,增加單位高度云高所需功率越大。采用數(shù)值模擬方法分析了攪拌槽內(nèi)速度分布、湍動(dòng)能分布、固相含率分布,以及達(dá)到穩(wěn)定分散狀態(tài)的混合時(shí)間、功率消耗與顆粒分散的均勻性。發(fā)現(xiàn)上浮顆粒下拉主要依靠液面環(huán)流作用,下壓式攪拌槳通過(guò)主環(huán)流而上推式攪拌槳?jiǎng)t通過(guò)在液面產(chǎn)... 

【文章來(lái)源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：98 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－１實(shí)驗(yàn)裝置示意圖??Ｆｉｇ．?２－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ａｐｐａｒａｔｕｓ??

?北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文???（ａ）?ＣＢＹ?（ｂ）?ＷＨ?（ｃ）?ＰＢＴ??圖２－２攪拌槳實(shí)物圖??Ｆｉｇ．?２－２?ｐｉｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｉｍｐｅｌｌｅｒｓ??實(shí)驗(yàn)中使用三種攪拌槳分別為標(biāo)準(zhǔn)三葉長(zhǎng)薄葉式攪拌槳（ＣＢＹ）、標(biāo)準(zhǔn)四葉寬葉??翼形軸流式槳（ＷＨ）、４５。斜葉開(kāi)啟式渦輪攪拌槳（ＰＢＴ），三種攪拌槳直徑Ｚ）均為??０．１９?ｍ。??２．１．２實(shí)驗(yàn)材料??實(shí)驗(yàn)中使用的黏性流體為麥芽糖漿水溶液，可通過(guò)改變麥芽糖漿濃度調(diào)節(jié)流體黏??度，且其為牛頓流體。固相為熱塑性丁苯橡膠（ＳＢＳ）粉末。??液體采用粘度為０．０４２?Ｐａ＿ｓ的麥芽糖漿水溶液，其粘度使用流變儀（ＭＡＲＳ４０，??Ｈａａｋｅ，德國(guó)）測(cè)得，密度為１２６０?ｋｇ／ｍ３，?ＳＢＳ顆粒密度為９４０?ｋｇ／ｍ３，并使用３０目??標(biāo)準(zhǔn)篩獲取粒徑小于０．６?ｍｍ的顆粒。??２．１．３實(shí)驗(yàn)流程??實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建完畢后，依次向攪拌槽內(nèi)加入配置好的麥芽糖漿水溶液和ＳＢＳ顆??粒。啟動(dòng)電機(jī)，將漂浮由于液面上的顆粒拉入液體中并攪拌均勻后停止攪拌，待顆粒??自行上浮于液面后正式開(kāi)始實(shí)驗(yàn)并測(cè)量各數(shù)據(jù)。??調(diào)節(jié)變頻器，逐漸增大攪拌槳轉(zhuǎn)速，隨著顆粒進(jìn)入液體并分散，紅激光通過(guò)液體??的距離逐漸縮短，待其長(zhǎng)度達(dá)到指定值時(shí)停止增加攪拌槳轉(zhuǎn)速，通過(guò)相機(jī)記錄穿透攪??拌槽中流體的紅光長(zhǎng)度，并用轉(zhuǎn)速計(jì)讀取轉(zhuǎn)速，采集此時(shí)攪拌槳的扭矩?cái)?shù)據(jù)，同時(shí)通??過(guò)取樣方式獲得槽內(nèi)軸向四個(gè)高度處的顆粒濃度。??２．１．４測(cè)量方法??（１）攪拌轉(zhuǎn)速??１６??

?北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文???內(nèi)部速度場(chǎng)與湍流強(qiáng)度等條件對(duì)上浮顆粒下拉過(guò)程的影響，二是對(duì)上浮與下沉顆粒同??時(shí)存在的固－固－液三相體系進(jìn)行數(shù)值模擬，以研究對(duì)于不同密度的顆粒的分散過(guò)程。??２＿２＿１?ＣＦＤ模擬流程??使用ＣＦＤ對(duì)攪拌槽內(nèi)固－液混合過(guò)程的模擬流程如圖２－３所示。依照攪拌中的流??動(dòng)區(qū)域確定計(jì)算域，并建立與之相符的幾何模型。根據(jù)模型的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，??將生成的網(wǎng)格文件導(dǎo)入到求解器中。在求解器中選擇合適的計(jì)算模型并依據(jù)實(shí)際情況??設(shè)定邊界條件、初始條件，根據(jù)流動(dòng)情況選擇適用的求解方法，并進(jìn)行數(shù)值求解。計(jì)??算收斂后將結(jié)果輸出，使用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和處理。??本文模擬的前處理中使用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ進(jìn)行建模，使用ＩＣＥＭＣＦＤ劃分網(wǎng)格，求??解器為ＡＮＳＹＳＦｌｕｅｎｔ，后處理使用ＣＦＤ－ＰＯＳＴ。由于具有上浮顆粒的固－液體系和同??時(shí)具有上浮和下沉顆粒的固－固－液體系具有不同網(wǎng)格劃分方案，將分別在對(duì)應(yīng)章節(jié)中??介紹。??確話｜觀丨?丨隨工解器卜??????????２???構(gòu)，何模型卜￣￣?丨隨計(jì)算翻及計(jì)算參數(shù)??１???，ｒ?Ｎ〇??丨翻份網(wǎng)格１?［ｍｍｍ，］??導(dǎo)乂網(wǎng)格Ｉ?????丨輸出結(jié)果并進(jìn)行后髓??圖２－３?ＣＦＤ模擬流程示意圖??Ｆｉｇ．?２－３?Ｆｌｏｗ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＣＦＤ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ??２．２．２控制方程??２．２．１．１歐拉多相流模型??本模擬涉及到的體系包含固相與液相，采用歐拉多相流模型進(jìn)行模擬，該模型在??歐拉坐標(biāo)系中求解每一相的控制方程租。??質(zhì)量守恒方程如下：??．?１８??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]固液攪拌槽內(nèi)槳葉啟動(dòng)過(guò)程中的兩相流動(dòng)特性[J]. 付超,劉新衛(wèi),李庚鴻,李志鵬,高正明.  北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019(04)
[2]過(guò)渡流攪拌槽內(nèi)固-液懸浮的直接數(shù)值模擬[J]. 李庚鴻,李志鵬,高正明,Jos Derksen.  科學(xué)通報(bào). 2018(34)
[3]攪拌固液懸浮研究進(jìn)展[J]. 楊鋒苓,周慎杰.  化工學(xué)報(bào). 2017(06)
[4]高固含固液攪拌槽內(nèi)顆粒懸浮與混合特性[J]. 趙洪亮,殷攀,張立峰.  工程科學(xué)學(xué)報(bào). 2017(01)
[5]基于計(jì)算流體力學(xué)模擬的下沉與上浮顆粒在攪拌槽內(nèi)的固液懸浮特性[J]. 李良超,徐斌,楊軍.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2014(12)
[6]攪拌釜內(nèi)固-液懸浮體系的CFD-DEM模擬（英文）[J]. 邵婷,胡銀玉,王文坦,金涌,程易.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2013(10)
[7]輕密度顆粒在攪拌槽內(nèi)懸浮特性的數(shù)值模擬[J]. 李良超,楊軍,徐斌.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2013(16)
[8]攪拌式反應(yīng)器的模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 銀建中,程紹杰,賈凌云,銀建偉.  化工裝備技術(shù). 2009(04)
[9]固體顆粒對(duì)固液攪拌槽中局部液相速度的影響[J]. 朱峰,張鳳濤,黃雄斌.  化學(xué)反應(yīng)工程與工藝. 2008(02)
[10]固-液導(dǎo)流筒攪拌槽內(nèi)流體流動(dòng)和顆粒懸浮特性[J]. 陳文民,黃雄斌,高正明.  過(guò)程工程學(xué)報(bào). 2007(01)

博士論文
[1]攪拌式厭氧發(fā)酵反應(yīng)器的CFD模擬及應(yīng)用研究[D]. 張媛.北京化工大學(xué) 2016

碩士論文
[1]非標(biāo)擋板對(duì)固液懸浮及攪拌效果的影響與工業(yè)放大[D]. 常冬琦.北京化工大學(xué) 2016
[2]雙層攪拌體系中固液兩相流的數(shù)值模擬研究[D]. 丁楊.華東理工大學(xué) 2015
[3]高固含量輕浮顆粒在粘稠體系下的攪拌混合研究[D]. 陳明強(qiáng).浙江大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3357116