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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、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 ]

本文對適用于強放熱反應(yīng)的攪拌釜進行了傳熱過程研究和設(shè)計。總體研究思路是先進行傳熱實驗，得到實驗數(shù)據(jù)和規(guī)律；再進行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，針對某強放熱反應(yīng)的反應(yīng)釜進行優(yōu)化設(shè)計，該釜已投入實際生產(chǎn)且運行良好。(1)對裝有五個不同螺距盤管的攪拌釜進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℃溫度范圍進行反應(yīng)(取平均溫度．2．5℃進行計算)，之后在35℃左右進行蒸餾。反應(yīng)釜通過盤管進行冷卻換熱，通過夾套進行加熱蒸餾，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，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，若直接進行數(shù)值模擬將耗費大量存儲空間和運行時間，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，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)值模擬的難點主要在于運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動狀態(tài)的量度，也是選擇電機功率的重要依據(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，它將自身機械能通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為周圍流體的動能，強化反應(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。攪拌機包括攪拌軸、攪拌器和傳動裝置。傳動裝置包括電動機、軸承、變速器、聯(lián)軸器和機架等，它的作用是使攪拌軸獲得所需扭矩，以一定