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旋轉(zhuǎn)熱管攪拌槳反應(yīng)釜傳熱性能的安裝步驟及方法[ 01-27 10:05 ]

實驗中，旋轉(zhuǎn)熱管攪拌槳的蒸發(fā)段浸沒于反應(yīng)釜物料中。冷卻段外布置有水冷夾套，加熱棒提供的熱量用于加熱反應(yīng)釜中的物料，模擬放熱反應(yīng)過程。熱管的工質(zhì)在蒸發(fā)段吸收熱量，將熱量傳遞至冷卻段，再通過冷卻水將熱量帶走。通過測量冷卻水的進(jìn)出口溫差，可以得到傳熱功率。在不同的旋轉(zhuǎn)速度和反應(yīng)溫度以及不同冷卻水流量下對旋轉(zhuǎn)熱管進(jìn)行傳熱試驗研究，并分析旋轉(zhuǎn)速度、冷卻水流速以及反應(yīng)溫度對熱管傳熱的影響。反應(yīng)釜中采用水作為模擬介質(zhì)，采用加熱控溫裝置來控制溫度，使得反應(yīng)釜內(nèi)溫度分別保持在55、65、75、85、95 ℃。旋轉(zhuǎn)速度分別取n = 3

旋轉(zhuǎn)熱管攪拌槳反應(yīng)釜傳熱性能的實驗裝置[ 01-27 09:05 ]

實驗裝置如圖1 所示，主要由反應(yīng)釜筒體、電機(jī)、減速器、旋轉(zhuǎn)熱管、加熱控溫系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)構(gòu)成。水冷夾套設(shè)有冷卻水進(jìn)口和冷卻水出口。旋轉(zhuǎn)熱管由蒸發(fā)段、冷凝段和絕熱段構(gòu)成。冷凝段為光滑直管。蒸發(fā)段下部為枝狀分叉結(jié)構(gòu)，由3 根和軸呈30°的分支管均勻分布構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)熱管的具體尺寸如表1 所示。冷凝段配套的水冷夾套內(nèi)徑為120mm，長度為310mm。鳳谷工業(yè)爐集設(shè)計研發(fā),生產(chǎn)銷售,培訓(xùn)指導(dǎo),售后服務(wù)一體化,專利節(jié)能技術(shù)應(yīng)用,每年為企業(yè)節(jié)省40%-70%的能源成本,主要產(chǎn)品加熱爐,工業(yè)爐,節(jié)能爐,蓄熱式爐,垃圾氣化處理

旋轉(zhuǎn)熱管攪拌槳反應(yīng)釜傳熱性能的實驗研究[ 01-27 08:05 ]

在眾多的傳熱元件中，熱管是人們所知最有效的傳熱元件之一。它充分利用了熱傳導(dǎo)原理與相變介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，通過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，并具有均溫的作用，其導(dǎo)熱能力超過任何已知金屬。目前，隨著熱管技術(shù)的快速發(fā)展，熱管已用于工業(yè)生產(chǎn)中的各個領(lǐng)域。旋轉(zhuǎn)熱管，作為一種新型熱管，也在工業(yè)應(yīng)用中嶄露頭角。隨著研究的深入，研究對象慢慢擴(kuò)大到中、低速旋轉(zhuǎn)熱管。在這種情況下，工質(zhì)的回流是離心力和重力共同作用的結(jié)果，在轉(zhuǎn)速較低的情況下，重力作用甚至還占主導(dǎo)地位?，F(xiàn)有的攪拌式反應(yīng)釜，通常采用水冷夾套或者盤管來移除反應(yīng)釜中的

反應(yīng)釜設(shè)計的結(jié)論[ 01-26 10:05 ]

本文對適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)的攪拌釜進(jìn)行了傳熱過程研究和設(shè)計?？傮w研究思路是先進(jìn)行傳熱實驗，得到實驗數(shù)據(jù)和規(guī)律；再進(jìn)行CFD數(shù)值模擬，通過比較實驗和模擬結(jié)果驗證模擬方法的可靠性；最后改變結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行模擬，研究其對傳熱效果的影響。研究得到結(jié)論后，結(jié)合設(shè)計手冊與所得結(jié)論，針對某強(qiáng)放熱反應(yīng)的反應(yīng)釜進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，該釜已投入實際生產(chǎn)且運(yùn)行良好。(1)對裝有五個不同螺距盤管的攪拌釜進(jìn)行對流傳熱過程實驗，得到6個轉(zhuǎn)速下共30組傳熱特性數(shù)據(jù)，用Wilson法處理得到盤管外側(cè)的對流傳熱系數(shù)。結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)速越大，傳熱效果越好，且轉(zhuǎn)速對管外對

反應(yīng)釜設(shè)計圖紙[ 01-26 09:05 ]

反應(yīng)釜設(shè)計要求[ 01-26 08:05 ]

此含能化合物的合成過程要控制在．5~0℃溫度范圍進(jìn)行反應(yīng)(取平均溫度．2．5℃進(jìn)行計算)，之后在35℃左右進(jìn)行蒸餾。反應(yīng)釜通過盤管進(jìn)行冷卻換熱，通過夾套進(jìn)行加熱蒸餾，盤管內(nèi)的冷卻介質(zhì)采用-20℃的冷凍鹽水，夾套的加熱介質(zhì)采用水。反應(yīng)物為濃硫酸、水、亞硝酸鈉和物質(zhì)A。根據(jù)50kg產(chǎn)量要求和轉(zhuǎn)化率估算，需要濃硫酸233．4kg，亞硝酸鈉39．2kg，水579埏，A71．2kg，另需乙酸乙酯380kg。由于重氮化反應(yīng)具有高放熱的特點(diǎn)，裝料系數(shù)不宜過大，取60％左右，實際裝料量約1130L，故反應(yīng)釜按照容積為1900L來設(shè)

不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下攪拌釜對流傳熱過程的數(shù)值模擬[ 01-25 10:05 ]

對于攪拌設(shè)備的研究，大多集中在攪拌器上，關(guān)于盤管的研究很少，老版的設(shè)計手冊對于管間距、盤曲直徑等設(shè)計尺寸有較嚴(yán)格的要求，而新版的設(shè)計手冊沒有提及。故本章從盤曲直徑、槳徑、雙層盤管和雙層槳4個設(shè)計因素考察它們對盤管外側(cè)對流傳熱系數(shù)的影響。通過第三章的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果比較，已經(jīng)驗證了CFD模擬方法的可靠性，本章將繼續(xù)采用CFD模擬的方法進(jìn)行攪拌釜研究，釜內(nèi)流體依然采用甘油。觀察不同溫度下的速度場可知，在產(chǎn)323．15K時，釜內(nèi)流體混合較好，盤管的傳熱效果受管間距的影響也較大，故本章僅模擬Ⅳ_300印m，產(chǎn)323．15

湍流模型[ 01-25 09:05 ]

可知其處于過渡流區(qū)域，CFD模擬過渡流常用采用層流模型lamier，但攪拌槳附近的動區(qū)域內(nèi)湍動劇烈，用層流不合理，故設(shè)定動區(qū)域為湍流，盤管內(nèi)部也為湍流，采用流動和傳熱都吻合較好的標(biāo)準(zhǔn)k．￡模型，靜區(qū)域設(shè)定為層流。為了盤管邊界層的傳熱計算更加準(zhǔn)確，采用強(qiáng)化壁面函。壓力．速度的耦合方式采用simple算法，湍流動能和湍流動能耗散率的離散格式采用一階迎風(fēng)格式(first order upwind)，動量的離散格式采用二階迎風(fēng)格式(second orderup），模擬速度場時的動量方程和湍動方程殘差設(shè)置為10-5，模擬溫度

模擬策略[ 01-25 08:05 ]

實際情況中，攪拌反應(yīng)釜內(nèi)溫度由323．15K下降到308．15K過程復(fù)雜且時間長，若直接進(jìn)行數(shù)值模擬將耗費(fèi)大量存儲空間和運(yùn)行時間，故采用簡化的分段模擬策略來近似求解。具體策略是：選取323．15K，318．15K，313．15K和308．15K為冷卻過程中的四個關(guān)鍵溫度點(diǎn)，然后將這四個溫度下的物性參數(shù)分別輸入至除溫度外操作參數(shù)相同的四個case中，先僅開啟動量方程計算速度場，待速度場穩(wěn)定后，再關(guān)閉動量方程，打開能量方程，進(jìn)行溫度場的模擬，直至穩(wěn)定，最后計算出每個算例的對流傳熱系數(shù)，求平均。其中，判斷速度場穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)

網(wǎng)格劃分與邊界條件[ 01-24 10:05 ]

本文采用CFD前處理軟件Gambit對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。由于攪拌反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，須分三塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分：動區(qū)域，靜區(qū)域和盤管。動區(qū)域：采用多重網(wǎng)格法進(jìn)行模擬，攪拌器附近圓柱體區(qū)域設(shè)定為動網(wǎng)格區(qū)域，單獨(dú)劃分，動區(qū)域面與攪拌器槳葉面附近采用尺度函數(shù)為網(wǎng)格加密。盤管：Gambit中對于柱體一般采用cooper的劃分網(wǎng)格方法，即先劃分截面網(wǎng)格，之后通過固定步長的掃掠劃分體網(wǎng)格，使每個截面上的網(wǎng)格保持一致。但由于螺旋盤管圈數(shù)多，扭曲大，直接cooper會引發(fā)巨大的網(wǎng)格畸變導(dǎo)致錯誤，故將每圈盤管切分為4段相等長度，再使用coo

攪拌釜結(jié)構(gòu)參數(shù)和物性參數(shù)[ 01-24 09:05 ]

模擬過程中攪拌釜的模型只取液面以下的部分，以裝有I號盤管的攪拌釜為例，具體參數(shù)如下表：為了驗證模擬方法的可靠性，物性參數(shù)設(shè)置也要與實驗相吻合。動區(qū)域和靜區(qū)域均設(shè)定為甘油，盤管內(nèi)設(shè)定為水。模擬過程中盤管內(nèi)水的溫度變化較小，物性可設(shè)為定值，密度為998k·m-3，比熱容為4200J·kg～·K-1，導(dǎo)熱系數(shù)為O．6W·m～·K-1，黏度為0．001 Pa·s。甘油的密度、比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化不大且對攪拌釜內(nèi)傳熱影響較小，故可分別設(shè)

攪拌釜對流傳熱過程的數(shù)值模擬方法[ 01-24 08:05 ]

上章通過對流傳熱實驗測量計算了盤管外側(cè)對流傳熱系數(shù)，進(jìn)而比較不同螺距盤管的換熱效果，結(jié)果可靠，但局限性也很大，一是實驗過程耗費(fèi)大量人力、物力，二是無法采得清晰準(zhǔn)確的速度場和溫度場分析原因，三是設(shè)計參數(shù)一旦確定，要改變則只能定制新的設(shè)備，不僅浪費(fèi)時間，而且重復(fù)性無法保證，可能引入其他干擾因素影響實驗結(jié)果。所以，目前很多學(xué)者更傾向于采用CFD軟件模擬的方法來研究攪拌釜性能。本章采用與實驗相同大小的模型(包括裝有I—V號盤管的五個攪拌釜模型)對N-300rpm況下的冷卻傳熱過程進(jìn)行模擬，得到速度場和溫度場，并

攪拌釜的模擬方法[ 01-23 10:05 ]

攪拌釜內(nèi)流場數(shù)值模擬的難點(diǎn)主要在于運(yùn)動的槳葉與靜止的壁面之間因相對速度不同而產(chǎn)生的影響作用。很多學(xué)者陸續(xù)提出了各自的解決方法，主要包括：黑箱模型法、內(nèi)外迭代法、滑移網(wǎng)格法和多重參考系法。其中，滑移網(wǎng)格法(SlideMethod，簡稱SM)和多重參考系法(Multiple Ref-erence Frame，簡稱MRF)模擬效果較好，被FLⅦNT軟件采用。MRF法最初由Luo等在1994年提出，其核心思想是將計算區(qū)域劃分為兩個獨(dú)立的區(qū)域，攪拌槳及附近的區(qū)域定義為動區(qū)域，采用旋轉(zhuǎn)速度與攪拌槳轉(zhuǎn)速相同的運(yùn)動坐標(biāo)系，而其他的

標(biāo)準(zhǔn)k-з加模型[ 01-23 09:05 ]

最簡單的完整湍流模型是兩方程模型，需要求解速度和長度尺度兩個變量。標(biāo)準(zhǔn)k-з模型是通過實驗得到的半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?。模型假設(shè)流體處于完全湍流狀態(tài)且忽略分子黏性的影響，通過精確的方程推導(dǎo)得到湍動能輸運(yùn)方程，通過無力推導(dǎo)、數(shù)學(xué)上模擬相似原型方程得到耗散率方程，表達(dá)式如下：式中：Gb為由浮力產(chǎn)生的湍動能項；Gk為由平均速度梯度產(chǎn)生的湍動能項； 場為可壓縮流體的湍流流動脈動擴(kuò)張項；C1、C2、C3。為模型的經(jīng)驗常數(shù)；o1和o2分別為k和з的湍流Prandtl數(shù)。由于忽略分子粘性力對流動的影響，標(biāo)準(zhǔn)k-з模型適用于完全湍流流體的模擬

CFD湍流模型[ 01-23 08:05 ]

流體流動的三大守恒定律：質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒定律可用一個通用的微分方程表達(dá)為：其中多代表因變量，I代表時間項，II代表對流項，III代表擴(kuò)散項，Ⅳ代表源項。當(dāng)Φ分別等于1，u，T，k和s時，式1．20分別代表了質(zhì)量、動量、能量、湍流動能和湍流動能耗散率的守恒方程。層流區(qū)域的動量守恒方程，即N-S方程為：湍流區(qū)域的動量守恒方程較層流方程增加了雷諾應(yīng)力張量一項，即：本文所使用的FUJENT軟件提供了多種湍流模型：標(biāo)準(zhǔn)加模型、重整化群抽模型、可實現(xiàn)露嵋模型、層流模型、Spalan-A11nlaras單方程模型、砌

CFD簡介[ 01-22 10:05 ]

CFD進(jìn)行流動和傳熱模擬分析的基本思想是利用一系列有限個離散點(diǎn)上的變量值來代替空間域上連續(xù)的物理量的場，如速度場和溫度場，之后，按照流體力學(xué)原理建立這些離散點(diǎn)上變量之間的代數(shù)方程組，通過求解這些方程組來獲得場變量的近似值。常用的CFD軟件包括CFX、FLUENT、PHOENICS、STAR-CD等。CFD軟件包括三個主要環(huán)節(jié)：前處理、求解過程和后處理，對應(yīng)的程序模塊分別為前處理器、求解器和后處理器。前處理環(huán)節(jié)是向CFD軟件輸入待求問題的相關(guān)數(shù)據(jù)，這個過程要借助與求解器對應(yīng)的對話框等圖形界面完成，一般分為以下幾個步驟

流動特性[ 01-22 09:05 ]

攪拌反應(yīng)釜內(nèi)的流動特性包括葉輪雷諾數(shù)、攪拌功率、流體循環(huán)量和壓頭等。攪拌釜內(nèi)的雷諾數(shù)表達(dá)式為：其中，d為槳徑，Ⅳ為轉(zhuǎn)速。一般認(rèn)為，Rg≤10處于層流區(qū)，Re≥10000處于湍流區(qū)，10≤Re≤10000時為過渡流區(qū)。攪拌功率是流體攪拌程度和運(yùn)動狀態(tài)的量度，也是選擇電機(jī)功率的重要依據(jù)。攪拌功率的影響因素十分復(fù)雜，主要分為幾何因素和物理因素兩大類，包括以下三個方面：一是攪拌器的幾何參數(shù)和操作參數(shù)，包括攪拌器直徑、寬度、槳葉角度、安裝位置及轉(zhuǎn)速等；二是攪拌釜的結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)徑、液高、擋板數(shù)等；三是攪

傳熱部件[ 01-22 08:05 ]

強(qiáng)放熱反應(yīng)過程中為了使反應(yīng)溫度維持在一定范圍內(nèi)，需要有傳熱部件對反應(yīng)物料進(jìn)行冷卻。攪拌反應(yīng)器內(nèi)常用的傳熱部件有夾套、內(nèi)構(gòu)件、內(nèi)附件以及攪拌反應(yīng)器本身，其中，內(nèi)構(gòu)件包括橫向和豎式盤管，內(nèi)附件包括擋板和導(dǎo)流筒等。選擇傳熱部件的一般順序為：當(dāng)夾套能夠滿足換熱需求時，首先選擇夾套，這樣可以減少容器內(nèi)構(gòu)件，不影響釜內(nèi)流體流動，不占用有效體積且易于清洗；當(dāng)夾套的換熱面積不夠時，可增設(shè)內(nèi)盤管；若換熱仍達(dá)不到要求，可選用擋板或?qū)嚢杵鞅旧碜龀煽招慕Y(jié)構(gòu)，內(nèi)通入載熱介質(zhì)進(jìn)行換熱。夾套根據(jù)結(jié)構(gòu)形式可以分為整體夾套、蜂窩夾套、半管夾套和螺

攪拌器[ 01-21 10:05 ]

攪拌器是攪拌反應(yīng)釜的主要部件，它將自身機(jī)械能通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為周圍流體的動能，強(qiáng)化反應(yīng)物料的傳質(zhì)與傳熱。攪拌器的流型對攪拌效果影響很大，攪拌器的改進(jìn)和新型攪拌器的開發(fā)通常都從流型著手。影響流型的因素主要有攪拌方式、容器形狀、攪拌器形狀等幾何特征，以及流體性質(zhì)轉(zhuǎn)速等。對于工業(yè)上應(yīng)用最多的立式圓筒攪拌釜，將產(chǎn)生三種基本的流型，如圖所示：徑向流：流體垂直于攪拌軸沿徑向流動，在容器壁面處分成上下兩股，再分別回到葉端，不穿過葉片形成兩個循環(huán)流，見圖1．2(a)。軸向流：流體平行于攪拌軸向下流動，到達(dá)容器底向上折回，形成整體循環(huán)流

攪拌反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)[ 01-21 09:05 ]

攪拌反應(yīng)釜主要由攪拌裝置(傳動裝置、攪拌軸、攪拌器)、軸封和攪拌容器(簡體、傳熱裝置、附件)三大部分組成，根據(jù)安裝形式可以分為立式容器中心攪拌反應(yīng)釜、底攪拌反應(yīng)釜、傾斜式攪拌反應(yīng)釜、偏心式攪拌反應(yīng)釜、臥式容器攪拌反應(yīng)釜和旁入式攪拌反應(yīng)釜等，其中，立式容器中心攪拌反應(yīng)釜是應(yīng)用最為普遍的一種。圖1．1是一個典型的立式攪拌反應(yīng)釜。立式反應(yīng)釜釜底封頭一般為橢圓形，也有平底、錐形底等，有時也可用方形釜。攪拌機(jī)包括攪拌軸、攪拌器和傳動裝置。傳動裝置包括電動機(jī)、軸承、變速器、聯(lián)軸器和機(jī)架等，它的作用是使攪拌軸獲得所需扭矩，以一定