侧伸式搅拌槽固液悬浮和气液分散特性研究

论文摘要

固液悬浮是流体混合技术中最常见的操作,在侧伸式搅拌槽中,搅拌器的安装位置对固液悬浮有着重要的影响。本文在φ2000mm×1400mm的搅拌槽中对一台侧伸式搅拌器进行安装位置对固-液悬浮影响的研究,得出侧伸式搅拌器的水平偏转角度α大于8°悬浮效果会更好,垂直偏转角度β=5°。然后本文在φ2000mm×4200mm的有机玻璃槽内研究了搅拌器的功率曲线,以及搅拌器数量及通气对搅拌功率的影响,结果表明：侧伸式搅拌槽内雷诺数Re在3x105时功率准数才能稳定,与立式搅拌槽内Re在104左右相比要高;侧伸式搅拌槽通气使搅拌器功率的减小幅度只相当于立式搅拌槽减小幅度的28%。对侧伸式搅拌槽内喷枪式和管网式两种气体分布器的容积传质系数KLa研究结果显示：在相同搅拌功率下喷枪式分布器的传质效果是管网式分布器的近3倍；本文回归出了侧伸式搅拌槽内喷枪式分布器下的容积传质系数KLa的关系式：KLa∝（P/VL）0.161（VG）1.125和管网式分布器下传质系数KLα的关系式：KLa∝（VG）1.778,可供工业设计参考。同时,利用计算流体力学商业软件CFX对侧伸式搅拌槽内流场进行模拟,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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 符号说明
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 固-液悬浮搅拌槽实验研究
• 1.1.1 立式搅拌
• 1.1.1.1 搅拌功率研究
• 1.1.1.2 悬浮状态
• 1.1.1.3 临界转速
• 1.1.1.4 固液悬浮的判据
• 1.1.2 侧伸式搅拌槽
• 1.1.2.1 搅拌功率研究
• 1.1.2.2 悬浮状态
• 1.1.2.3 临界悬浮转速
• 1.1.3 小结
• 1.2 气-液搅拌槽实验研究
• 1.2.1 立式搅拌
• 1.2.1.1 搅拌功率
• 1.2.1.2 气体分布状态
• 1.2.1.3 气-液传质
• 1.2.2 侧伸式搅拌槽
• 1.2.2.1 搅拌功率
• 1.2.2.2 气体分布状态
• 1.2.2.3 气-液传质
• 1.2.3 小结
• 1.3 搅拌槽CFD研究
• 1.3.1 立式搅拌
• 1.3.2 侧伸式搅拌
• 1.3.3 小结
• 1.4 总结
• 第二章 实验装置与实验方法
• 2.1 侧伸式搅拌槽固液悬浮实验装置与实验方法
• 2.1.1 实验装置
• 2.1.2 实验体系
• 2.1.3 实验方法
• 2.2 侧伸式搅拌槽气液分散实验装置和实验方法
• 2.2.1 实验装置
• 2.2.1.1 实验装置组成
• 2.2.1.2 传质实验吸收塔的构成
• 2.2.2 实验方法
• 第三章 侧伸式搅拌槽固-液悬浮实验研究
• 3.1 功率及功率准数的测定
• 3.2 搅拌轴水平偏角对固液悬浮状态的影响
• 3.2.1 水平偏角对沉积带面积大小的影响
• 3.2.2 水平偏角对沉积带位置分布的影响
• 3.3 搅拌轴垂直偏角对固液悬浮状态的影响
• 3.3.1 垂直偏角对沉积带面积大小的影响
• 3.3.2 垂直偏角对沉积带分布位置的影响
• 3.4 转速对固液悬浮状态的影响
• 3.4.1 转速对沉积带面积大小的影响
• 3.4.2 转速对沉积带分布位置的影响
• 3.5 结论
• 第四章 侧伸式搅拌槽气-液分散实验研究
• 4.1 功率特性研究
• 4.1.1 功率曲线研究
• 4.1.2 不同搅拌器数量对单个搅拌器功率大小的影响
• 4.1.3 通气对搅拌功率的影响
• 4.2 通气位置对气体分散效果的影响
• 4.3 传质性能研究
• 4.3.1 喷枪式分布器下气速对传质系数的影响
• 4.3.2 喷枪式分布器下搅拌功率对传质系数的影响
• 4.3.3 管网式分布器下气速对传质系数的影响
• 4.3.4 两种分布器对气体分散效果比较
• 4.3.5 回归公式
• 4.3.6 工程放大
• 4.4 结论
• 第五章 侧伸式搅拌槽内CFD模拟研究
• 5.1 计算体系
• 5.1.1 搅拌槽结构
• 5.1.1.1 网格划分
• 5.1.1.2 计算物系
• 5.1.2 计算方法
• 5.1.3 边界条件及初始条件
• 5.2 数值模拟结果与分析
• 5.2.1 多重参考系方法——MFR
• 5.2.2 CFD基本原理及标准κ-ε模型
• 5.2.3 模拟策略
• 5.3 模拟结果
• 5.3.1 功率准数
• 5.3.2 宏观流场
• 第六章 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 附件