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搅拌与混合研究新技术

行业资讯 / 2021-03-21 01:23

本文摘要:经过近一个世纪的实验研究和理论探索,现在的流体混合技术已经进入了人的缓慢发展期,并且积累了大量的可用作分析和预测混合系统的设计经验和相关公式。但是,由于流体混合系统的多样性和材料历史发展特性的复杂性,现在加热设备的选定和设计主要依靠经验和实验,很难理论预测其好坏,关于能源消耗量和生产成本,用一定规模的生产装置进行对比后再加强另外,关于加热设备的变焦规则至今还没有充分的理解,理论指导不足。

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经过近一个世纪的实验研究和理论探索,现在的流体混合技术已经进入了人的缓慢发展期,并且积累了大量的可用作分析和预测混合系统的设计经验和相关公式。但是,由于流体混合系统的多样性和材料历史发展特性的复杂性,现在加热设备的选定和设计主要依靠经验和实验,很难理论预测其好坏,关于能源消耗量和生产成本,用一定规模的生产装置进行对比后再加强另外,关于加热设备的变焦规则至今还没有充分的理解,理论指导不足。因此,从更微观和本质的角度,采用先进的设备测试手段和计算出的流体力学方法,提供加热设备中的速度场、温度场和浓度场,不仅对加热和混合设备的优化设计具有最重要的经济意义,而且对计和混合的基础研究具有现实意义1LDV/PIV测量技术精确测量加热设备内的流速是一项简单的工作。

这是因为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来了很大的困难。早期的流速测定方法,例如完全管理地、电磁流量计、压电分析仪和热线或热膜风速计等,通过乘以人流场的分析仪,流动受到阻碍。

20世纪80年代以来,国内外开始使用激光多普勒速度计LDV(LaserDopplerVelocimetry )测量加热炉内流场。LDV测量在某个测量点展开一定时间,因此测量速度为时间定量值,通过测量加热炉的各点可以得到整个流场。

但是,由于这些测量不能同时展开,因此LDV不能用于研究非恒定流程的研究。为了研究时变流动,必须使用更先进的设备粒子光学速度计PIV(ParticleImageVelocimetry ),可以瞬间得到整个流场的生产。其原理是加热设备从一个狭缝激光束的太阳光中,用两个脉冲激励光源,得到场中有颗粒的两次曝光图像,接着根据曝光时间内的粒子的某一个计算速度场。但是,PIV的技术开发还不完善,还处于应用初期,现状是无法很好地测量高速湍流中的湍流参数。

利用LDV测量技术,可以精确地提供加热炉中非常丰富的信息,如时都速度场、湍流强度场、雷诺应力场、剪切速度场,更进一步得到宏观的特征参数,例如排放量和功耗等。因此,当前LDV测量数据的主要用途之一是验证计算流体动力学(CFD )模型的建模结果并获取模型边界条件。近年来,LDV还用于测量多层桨的加热特性,如排放量和循环流量。

因为测定单层搅拌机条件下使用的排放量的粒子追踪法不受多层桨条件的限制。2CFD模拟技术LDV意味着取得了排放量基准数、时都速度、脉动速度的生产等最重要的参数,本质上无法知道混合和流动,无法根据以前的经验改变缩放的现状。

因此,采用计算流体力学的方法模拟和预测具有不同几何尺寸和操作者条件的加热设备中的详细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模拟现在最普遍的是在搅拌器中使用黑盒模型展开稳态分析,即通过实验以搅拌器周围虚构表面的速度场为边界条件,或将翼对流体的作用视为流体动量的产生源。从数值计算来看,黑匣子模型具有简单、方便等特点,可以更准确地预报搅拌器在不同条件下的运动特性,但该方法必须以实验数据作为叶片边界条件,因此不能用作静电流系统的模拟CFD最重要的应用(也是CFD技术最主要的优点)是对流场的分析,具体是在不同搅拌器的型号、尺寸、离底距离等条件下,流场对混合、悬浮、集中等过程的影响,即CFD流动、能量力学系统 这样,用户可以直观地理解釜内的混合状况,确认没有系统上的问题,展开混合器的优化设计,指导用户避开杀区,确认进料口的方位等。

目前,国外专业混合设备公司利用CFD技术优化搅拌器的几何尺寸,开发了第二代高效轴向流动搅拌器。CFD的另一个主要优点是模型的设备尺寸相关性,一旦被验证,可以合理准确地描述加热反应器的过程,就被用作定标,预计定标后的棒状对准和反应性能。随着CFD技术的发展,压缩性流体和一些非常简单的非弹性粘性流体已经可以用商业软件模拟了。

目前,静电流(特别是气液系统)混合的CFD模拟也得到了很大的发展,但与实用化还有很大的距离。3电子工艺断层光学技术电子工艺断层光学技术EPT是静电流系统的非接触式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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