搅拌与混合研究新技术
2022-01-01 
本文摘要:经过将近一个世纪的实验研究和理论探寻,当今的流体混合技术已入人较慢发展时期,并累积了大量可用作分析和预测混合体系的设计经验和关联式。但由于流体混合体系的多样性和物料历史发展特性的复杂性,目前对于加热设备的选型和设计还主要倚赖经验和实验,对其好坏很难用理论预测,对于能耗和生产成本,不能在一定规模的生产装置上展开对比后才能分设强弱。 另外对加热设备的缩放规律至今仍无充足的了解,缺乏理论指导。

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经过将近一个世纪的实验研究和理论探寻,当今的流体混合技术已入人较慢发展时期,并累积了大量可用作分析和预测混合体系的设计经验和关联式。但由于流体混合体系的多样性和物料历史发展特性的复杂性,目前对于加热设备的选型和设计还主要倚赖经验和实验,对其好坏很难用理论预测,对于能耗和生产成本,不能在一定规模的生产装置上展开对比后才能分设强弱。

另外对加热设备的缩放规律至今仍无充足的了解,缺乏理论指导。因此从更加微观更加本质的角度,使用先进设备的测试手段和计算出来流体力学方法,提供加热设备中的速度场、温度场和浓度场,不仅对加热与混合设备的优化设计具备最重要的经济意义,而且对缩放和混合的基础研究具备现实的理论意义。1LDV/PIV测量技术加热设备内流速的精确测量是一件简单的工作。

这是由于加热设备内的流动是三维和高度不稳定的湍流,脉动和随机湍流给流速测量带给了相当大艰难。早期的流速测量方法如毕托管地、电磁流速计、压电分析仪和热线或热膜风速仪等,都由于挂人流场中的分析仪而使流动受到阻碍。

20世纪80年代以来,国内外开始运用激光多普勒测速仪LDV(LaserDopplerVelocimetry)来测量加热釜内流场。LDV测量是在某一测点处一段时间内展开的,因此所测速度是时皆定量值,通过对加热釜中每一点的测量可以获得整个流场。

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但由于这些测量无法同时展开,因此LDV无法用作研究非稳态流动。为了研究时变流动,必需使用更加先进设备的粒子光学测速仪PIV(ParticleImageVelocimetry),可在瞬时获得整个流场产于。其原理是加热设备由一狭缝激光束太阳光,用两个脉冲激发光源,获得粒于场的两次曝光图像,接着从曝光时间内粒子的偏移计算出来出有速度场。但PIV的技术开发仍并未完备,尚能正处于应用于初期,目前还无法很好地测量高速湍流下的湍流参数。

利用LDV测量技术,可以精确提供加热釜中非常丰富的信息如时皆速度场、湍流强度场、雷诺应力场、剪切速率场,并可更进一步计算出来获得宏观特征参数如排量和功耗等。因此目前LDV测量数据的一个主要用途就是检验CFD(ComputationalFluidDynamics)模型的建模结果和获取模型边界条件。

近几年LDV还被用作测量多层桨的加热特性,如排量和循环流量等。因为在单层搅拌器条件时所使用的测量排量的粒子追踪法,在多层桨条件下是不限于的。2CFD仿真技术LDV意味着获取了一些最重要参数如排量准数、时皆速度和脉动速度的产于等,而无法从本质上了解混合与流动,无法转变日前这种依赖经验来缩放的现状。

因此使用计算出来流体力学的方法,来仿真和预测有所不同几何尺寸和操作者条件的加热设备中详尽的流动和混合特性,是流体混合技术的发展趋势。加热设备内流动数值仿真目前应用于最普遍的是对搅拌器使用黑箱模型展开稳态分析,即由实验测得搅拌器周围虚构表面的速度场作为边界条件或将桨叶对流体的起到看做流体动量的产生源。从数值计算出来来看,黑箱模型具备简捷、便利等特点,能较精确地预报搅拌器在有所不同条件下的运动特性,但该方法必须实验数据作为桨叶边界条件,因此无法用作静电学流体系的仿真。

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CFD最重要的应用于(也是CFD技术的最主要优点)是对流场的分析,可以具体在有所不同搅拌器的型式、尺寸、离底距离等条件下,流场对混合、漂浮和集中等过程的影响,即CFD流动、能量力学系统等的计算出来可视化。从而使用户可以直观地理解釜内的混合情况,协助用户确认已不存在系统中的问题,指导用户展开搅拌器的优化设计,避免杀区,确认加料口方位等。目前国外的专业混合设备公司己经利用CFD技术优化搅拌器的几何尺寸,研发了第二代高效轴向流搅拌器。

CFD的另一个主要优点就是模型的设备大小牵涉到性,一旦它们被检验可以合理精确地叙述加热反应器过程,就被用作缩放,以预计缩放后的棍合和反应性能。随着CFD技术的发展,可压缩性流体和一些非常简单的非弹性粘性流体在商业软件中早已可以仿真。

目前静电学流(特别是在是气-液体系由)混合的CFD仿真也获得了长足发展,但与实际应用于仍有非常距离。3电子过程断层光学技术电子过程断层光学技术EPT是一种静电学流体系的非接触式的动态检测和可视化技术,可以测量不半透明介质的流场。


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