疏水缔合聚丙烯酰胺溶解槽内流动特性的数值模拟
第２５卷第２期 ２０１ｉ年４月 高校化学工程学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓ ＮＯ ２、ｂＩ．２５ Ａｐｒ． ２０Ｉ１
文章编号：１００３－９０１５（２０１１）０２－０１９３．０６
疏水缔合聚丙烯酰胺溶解槽内流动特性的数值模拟
谢明辉１，２， 周国忠２ 龙湘犁 ， 虞培清
（１．华东理工大学化学工程联合国家重点实验室，上海２００２３７；
２．浙江长城减速机有限公司，浙江温州３２５０２８）
摘要：将疏水缔合聚丙烯酰胺ＡＰ—Ｐ４溶解过程划分为三种混合状态（搅拌槽中刚加入聚合物颗粒、溶胀刚结束和溶解
完成），并采用计算流体力学方法分别对采用二斜叶桨式搅拌器ＸＪＤ和新型翼型上推式搅拌器ＫＣＸＵ时溶解聚合物
ＡＰ．Ｐ４的三种混合状态的流动进行了数值模拟，获得了两种搅拌器槽内的流场特性和ＸＪＤ、ＫＣＸＵ搅拌器不同状态时
的循环流量和功率消耗。结果表明：除第一种混合状态下的流体流速外，ＫＣＸＵ搅拌槽内的流体流速和循环流量要大
于ＸＪＤ槽内所产生的，说明ＫＣＸＵ搅拌器比ＸＪＤ搅拌器具有更好的溶解均一化及更高的循环速率。搅拌器功率模拟
值与实验数据偏差在１６％以内。上述研究结果对于工业搅拌器的优化具有重要的意义
关键词：混合状态；计算流体力学（ＣＦＤ）；循环流量；搅拌器
中图分类号：ＴＱ０２７．２；ＴＱ０１５．９ 文献标识码：Ａ
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｌｏｗｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｉｎ Ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃａｌｌｙ
Ａｓｓｏｃｉａｔｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔａｎｋ
ＸＩＥ Ｍｉｎｇ－ｈｕｉ ， ，ＺＨＯＵ Ｇｕｏ．ｚｈｏｎｇ ，ＬＯＮＧ Ｘｉａｎｇ．１ｉ ，ＹＵ Ｐｅｉ．ｑｉｎｇ
（１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｇｒｅａｔ Ｗａｌｌ Ｒｅｄｕｃｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｅｎｚｈｏｕ ３２５０２８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ Ｏｆ ｈｙｄｒｏｐｈＯｂｉｃａｌｌｙ ａｓｓｏｃｉａｔｉｎｇ ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ ＡＰ—Ｐ４ ｗａｓ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ
ｍｉｘｉｎｇ ｓｔａｔｅｓ（ｔｈｅ ｓｔａｒｔ ｏｆ ＡＰ・Ｐ４ ｊｕｓｔ ｆｅｅｄｉｎｇ，ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｓｗｅｌｌｉｎｇ，ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ）．Ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｔｈｒｅｅ ｓｔａｔｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔａｎｋ ｗｉｔｈ Ｐｉｔｃｈｅｄ ｂｌａｄｅ ＸＪＤ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｅｗ ｈｙｄｒｏｆｏｉｌ ｉｍｐｅｌｌｅｒ ＫＣＸＵ ｗｅｒｅ
ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄａｎｙｍｉｃｓ（ＣＦＤ）ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｆｌｕｉｄ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ，
ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｌｏｗ ｒａｔｅｓ ａｎｄ ｓｈａｆｔ ｐｏｗｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｉｍｐｅｌｌｅｒｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ，ｉｎ ｔｈｒｅｅ
ｄｉｆｌｆｅｒｅｎｔ ｓｔａｔｅｓ ｏｆ ＡＰ—Ｐ４ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．ｔｈｅ ｆｌｕｉｄ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｌｏｗ ｒａｔｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｉｒｒｅｄ ｔａｎｋ
ｗｉｔｈ ＫＣＸＵ ａｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｉｎ ｓｔｉｒｒｅｄ ｔａｎｋ ｗｉｔｈ ＸＪＤ．ｗｈｉｃｈ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ＫＣＸＵ ｃａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ
ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｒａｔｅ．Ｔｈｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｓｈａｆｔ ｐｏｗｅｒｓ ａｒｅ ｗｉｔｈｉｎ １ ６％．Ｔｈｅｓｅ
ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｏｆ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｓｔｉｒｒｅｄ ｔａｎｋｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｍｉｘｉｎｇ ｓｔａｔｅ； ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄａｎｙｍｉｃｓ（ＣＦＤ）； ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ； ｉｍｐｅｌｌｅｒ
１ 引 言
疏水缔合聚丙烯酰胺ＡＰ．ｐ４［ 由于具有耐温耐盐、高效增黏和较好的抗剪切能力而被用于海上平台
聚合物驱油的驱油剂，但是其在海水中的溶解性较差，溶解时间较长，大大制约海上油田的规模应用。
目前聚合物的溶解和熟化装置采用的是广泛使用的搅拌装置，其对于加速聚合物溶解起着关键的作用。
对于优化聚合物溶解的搅拌装置，可参考的文献较少，如姜斌【 在大庆油田进行了螺带螺杆搅拌器与双
层三叶式搅拌器的抗盐聚合物溶解熟化实验，发现螺杆螺带式搅拌器能够缩短抗盐聚合物的熟化时间。
收稿日期：２０１０．０７．０１；修订日期：２０１０．１０－２８。 作者简介：谢明辉ｆ１９８４－）ｒ男，江西安福人，华东理工大学硕士生ａ通讯联系人：周国忠，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｇｚ＠ａａａｒ ｃｏｍ ｃｎ
高校化学工程学报 ２０１１年４月
谢明辉和周国忠等【３Ｉ４】进行了海上平台配注系统搅拌器优化，得到新型翼型搅拌器向上推操作能够加速聚
合物ＡＰ－Ｐ４的溶解。但是通过实验优化，费时费力，并且难以得到搅拌槽内部的流体流动信息。
搅拌槽内的流场模拟已有不少文献［２，５１。本文尝试对疏水缔合聚合物溶解过程中搅拌槽内流场进行三
维数值模拟，由于疏水缔合聚丙烯酰胺的溶解是经历低黏到较高黏度的过程，故将疏水缔合聚丙烯酰胺
的溶解过程分为三种混合状态（刚刚加入、溶胀结束和溶解完成）的流场进行了模拟，从而获得搅拌器流
场构型和参数（如循环流量、功率消耗等），优化搅拌设备的设计。
２几何模型
２．１物理结构及网格划分
采用平底圆柱形搅拌槽，搅拌槽直径ＤＴ＝０．５８ ｍ，两块挡板，槽内液体高度Ｈ＝０．５ ｍ，搅拌桨为
４５。倾角的二斜叶桨式搅拌器ＸＪＤ和新型翼型上推式搅拌器ＫＣＸＵ，桨叶直径Ｄ＝０．２５ ｍ，离槽底距离ｃ
＝０．２ ｍ，ＸＪＤ叶片宽度Ｗ＝３８ ｍｍ，ＫＣＸＵ叶片宽度ｗ＝１２５ ｍｌＴｌ。搅拌系统的示意图见图１，桨叶形状
见图２。ＸＪＤ搅拌器是目前工业上采用的搅拌器，ＫＣＸＵ新型翼型搅拌器是本项目针对聚合物溶解特性
开发的新型搅拌器。
图１搅拌系统结构示意图 Ｆｉｇ．Ｉ Ｓｋｅｔｃｈ ｏｆｔｈｅ ｓｔｉｒｒｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ （ａ）ｓｔｉｒｒｅｄ ｔａｎｋ （ｂ）ＸＪＤ ｉｍｐｅｌｌｅｒ （ｃ）ＫＣＸＵ ｉｍｐｅｌｌｅｒ
图２搅拌系统网格划分示意图 Ｆｉｇ．２ Ｇｒｉｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｉｒｒｅｄ ｓｙｓｔｅｍ
取整个槽体进行建模，采用四面体单元进行离散，对槽体静止体系部分，桨叶旋转部分分别划网格，
ＸＪＤ搅拌槽共划分了７２６３７５个左右的网格，ＫＣＸＵ搅拌槽共划分了９３２３０４个左右的网格。为增加计算
的精确度，对桨叶、交界面，近壁区采取网格加密处理。网格划分情况如图２所示。
２．２模拟物系
疏水缔合聚丙烯酰胺ＡＰ．Ｐ４（相关性质：干粉平均分子量ｌ８００万左右；干粉密度１２００ ｋｇ・ｍ－３）将ＡＰ—Ｐ４
的溶解过程分为三种混合状态进行模拟。第一种混合状态就是搅拌槽中刚刚加入聚合物颗粒进行搅拌，
颗粒直径 ＝０．６ ｍｍ，密度 ＝１２００ ｋｇ．ｍ一，固相体积分数 。＝０．５％，液体黏度 ｌ＝１．００３ ｍＰａ・ｓ；第二
种混合状态是溶胀刚结束，一般为聚合物溶解１０ ｍｉｎ左右，胶团直径 ＝２ ｍｍ，Ｐｓ＝ｌ００５ ｋｇ－ｍ～， 。＝
ｌ８．５％， ｌ＝２００ ｍＰａ・ｓ：第三种混合状态是溶解完成，形成均一的聚合物溶液， ＝３０００ ｍＰａ－ｓ，液体密
度为ｐｌ＝１００２ ｋｇ．ｍ一。第一种状态使颗粒在搅拌槽内处于离底悬浮状态，桨叶转速必须高于由Ｚｗｉｅｔｅｒｉｎｇ
公式算出的临界值Ⅳｃ，经计算，桨叶转速Ⅳｃ＝８４ ｒ．ｍｉｎ～。第二种状态桨叶转速应大于Ｎ￣＝５６ ｒ・ｍｉｎ－。。本
文选取ＸＪＤ搅拌器的转速取２０８ ｒ．ｍｉｎ～，ＫＣＸＵ搅拌器的转速１８０ ｒ．ｍｉｎ～，在第一阶段两种搅拌器的功
率消耗大致相当。
３数学模型
聚合物溶解过程的流动模拟分为第一、二种混合状态的多相流模拟和第三种状态的单相流模拟，由
于本文计算的固相浓度分别为０．５％和１８．５％，混合模型和欧拉模型都适用于固相浓度高于１０％【 的情
形。本文对固．液两相流的模拟采用Ｅｕｌｅｒｉａｎ颗粒多相流模型，它认为对固相运动起主要作用的是液相的
湍流运动，计算时假设固液两相间无质量传递，只有动量、能量和热量的交换，其中相间的相互作用通 第２５卷第２期 谢明辉等：疏水缔合聚丙烯酰胺溶解槽内流动特性的数值模拟 ｌ９５
过动量交换项和连续相作用在分散相上的曳力来计算。当固相体积分数不超过２０％时，固．液两相间动
量交换系数 。使用ｗｅｎ．ｙｕ［ 模型
其中曳力系数
对应的雷诺数 ＣＤ ５
ＣＤ＝ ａｔＲｅｓ［１＋０．１５（ ・ ８ ］
Ｒ ： ／－ｔｌ （１）
（２）
（３）
式中 ，１１，＇１分别为固相和液相流体的速度，ｍ．ｓ～； 。，ｏ［１为固相和液相的体积分数。
数值计算采用软件ＦＬＵＥＮＴ６．３，对于第一、二两个混合状态，采用多重参考系法（ＭＦＲ）￣Ｕ Ｅｕｌｅｒｉａｎ
多相流模型对非稳态的固液悬浮过程进行模拟。所有变量均用一阶迎风差分格式进行离散，收敛残差设
为ｌ０＿。，压力速度耦合采用ＳＩＭＰＬＥ算法，悬浮过程的时间步长取为０．００５ ｓ。第三种状态采用Ｌｏｗ—Ｒｅ ｓｔｒｅｓｓ
ｏｍｅｇａ ＲＳＭ模型模拟聚合物溶液的流场，离散方式与第一、二种状态相同。
４数值结果与分析
４．１液相流场结构
以沿搅拌槽轴向的纵截面为研究对象，该截面垂直于挡板所在的截面。通过该截面内的速度矢量，
对不同搅拌器在三种不同的混合状态的流型进行分析。为便于分析截面不同位置的速度大小，将截面分
为４个区：叶轮排出流区（ｊｅｔ ｒｅｇｉｏｎ）、槽底部区（ｂｏｔｔｏｍ ｒｅｇｉｏｎ）、液面区（ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｇｉｏｎ）￣ｌｌ近壁区（ｗａｌｌ ｒｅｇｉｏｎ），
分别取４个区域上的一条线上的速度进行对比分析。下面将对每一种状态进行研究。
图３为物料处于第一种混合状态时，ＸＪＤ搅拌槽内和ＫＣＸＵ搅拌槽内沿轴向纵截面内的速度矢量。
如图３（ａ）所示ＸＪＤ搅拌器向下压操作，从叶轮排出的流体在接近槽底时将分成两部分，一部分加入全槽
主体循环，另一部分在槽底中心形成一个倒锥形小循环区域。这与轴流式叶轮向下压操作的流型吻合Ｌ８】，
四元共聚疏水缔合物HPAE的制备及流变性能
四元共聚疏水缔合物HPAE的制备及流变性能
王磊;郭兴;沈一丁;赖小娟;马少云
【摘 要】以亲水性的丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)为主链单体,通过引入一种新型具有两亲结构的非离子疏水单体EDP-10,与功能性抗盐单体2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)进行水溶液聚合,制备了一种新型疏水缔合四元共聚物HPAE.确定了最佳合成条件:EDP-10的加量为1.2wt％,采用过硫酸铵/亚硫酸氢钠/水溶性偶氮复合引发体系进行引发,引发剂质量分数(占单体总量)为0.03wt％,pH为7.0～7.5,引发温度为5℃.对疏水单体EDP-10及HPAE进行了红外表征,并对HPAE进行了流变性能评价.黏弹性测试结果表明HPAE具有较好的增稠性能,其溶液存在较强的网络结构,由于缔合原因形成的结构强度所承受的应力范围及频率范围也随着浓度的增大而明显增强,触变性测试结果表明HPAE具有明显的触变性.
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2016(016)025
【总页数】6页(P249-253,260)
【关键词】非离子疏水单体;水溶液聚合;触变性;黏弹性
【作 者】王磊;郭兴;沈一丁;赖小娟;马少云
【作者单位】陕西科技大学化学与化工学院,西安710021;陕西科技大学化学与化工学院,西安710021;陕西科技大学化学与化工学院,西安710021;陕西科技大学化学与化工学院,西安710021;上海荆马化工科技有限公司,上海201600
【正文语种】中 文 【中图分类】TE357.12
疏水缔合共聚物是指在传统的水溶性共聚物的亲水主链上引入少量的疏水基团而得到的一种新型水溶性共聚物[1]。由于疏水基团的引入，分子侧链上的疏水基团相互缔合，使共聚物大分子之间缠结，从而形成一定的物理交联空间网络结构，使其水溶液表现出特殊的流变性能[2]。因此疏水缔合共聚物成为一种性能优异的水溶性共聚物材料，在涂料、药物缓释、油气开采、污水处理等方面具有广阔的应用前景。
反应器内流动场的数值模拟研究
反应器内流动场的数值模拟研究
在化学工程、生物工程等众多领域中，反应器是实现物质转化和能量传递的关键设备。而反应器内的流动场特性对于反应过程的效率、产物的质量和产量等方面都有着至关重要的影响。因此，对反应器内流动场进行深入研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
数值模拟作为一种有效的研究手段，能够在不进行实际实验的情况下，预测反应器内流动场的分布情况，为反应器的设计、优化和操作提供重要的参考依据。通过建立合理的数学模型和采用适当的数值计算方法，可以模拟出反应器内流体的速度、压力、温度等物理量的分布，从而揭示流动场的内在规律。
在进行反应器内流动场的数值模拟时，首先需要对反应器的几何结构进行精确的描述。这包括反应器的形状、尺寸、进出口位置等信息。同时，还需要确定流体的物理性质，如密度、粘度等。这些参数的准确性直接影响到数值模拟结果的可靠性。
数学模型的建立是数值模拟的核心环节之一。常见的数学模型包括连续性方程、动量方程和能量方程等。这些方程描述了流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒原理。为了更好地模拟实际情况，还需要考虑流体的湍流特性、化学反应等因素。在湍流模拟方面，常用的模型有 kepsilon 模型、雷诺应力模型等。对于涉及化学反应的情况，则需要引入相应的反应动力学方程。 数值计算方法的选择也是至关重要的。有限差分法、有限元法和有限体积法是常用的数值计算方法。有限差分法简单直观，但对于复杂几何形状的适应性较差；有限元法在处理复杂几何形状和边界条件方面具有优势，但计算量较大；有限体积法在守恒性方面表现出色，适用于大多数流体流动问题。在实际应用中，需要根据具体问题的特点选择合适的数值计算方法。
在完成数值模拟计算后，需要对结果进行详细的分析和评估。通过可视化技术，可以直观地展示反应器内流动场的分布情况，如速度矢量图、压力云图等。同时，还可以提取关键位置的物理量数据，进行定量分析。例如，分析进出口的压力差、速度分布的均匀性等。通过与实验数据或理论分析结果进行对比，可以验证数值模拟的准确性，并对模型和计算方法进行改进和优化。
单螺杆挤出机螺槽内混合特性的数值模拟
第４卷第３期 ２００９年３月 中国科技论文在线ＳＣｌＥＮＣＥＰＡＰＥＲ ０ＮＬＩＮＥ Ｖｏ１．４ＮＯ．３ Ｍａｒ ２００９
单螺杆挤出机螺槽内混合特性的数值模拟
宗原，戴干策
（华东理工大学化学工程联合国家重点实验室， 上海２０００３７）
摘要：将单螺杆挤出机简化为三维方腔，利用粒子轨迹跟踪技术和有限元法研究了螺杆转速和螺槽深度对内其混合
特性的影响。研究表明，聚合物在螺槽中的流动形式介于活塞流和全混流之间，其混合机理主要基于剪切作用。相比
于螺杆转速，螺槽的几何构型对螺槽内的混合性能影响较大，但由于物料在单螺杆挤出机中始终沿着单一流线运动，
导致其混合效果不佳。因此，在改进单螺杆挤出机混合特性时，应从增加流体界面取向及延长形变历程考虑。
关键词：高聚物工程；混合特性；有限元数值模拟；单螺杆挤出机
中图分类号：ＴＱ３２０．６６ ３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—７１８０（２００９）０３—０２０７—７
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ０ｆ ｔｈｅ ｍｉｘｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ ０ｆ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ
● ‘ ’ Ｊ ■ ｉｎ ａ ｓｉｎｇｌｅ－ｓｃｒｅｗ ｅｘｔｒＵｃｌｅｒ
Ｚ０ＮＧ Ｙｕａｎ．ＤＡＩ Ｇａｎｃｅ
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｔＥａｓｔＣｈｉｎａ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ—ｓｃｒｅｗｅｘｔｒｕｄｅｒｉｓ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄａｓａ ３Ｄ ｒｅｃｔａｎｇｌｅ ｃａｖｉｔｙａｎｄｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆＦＥＭ
ａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｔｒａｃｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｏｒｄｅｒｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｉｔｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｍｉｘｉｎｇａｎｄｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅ ｓｃｒｅｗ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ
疏水缔合型聚丙烯酰胺(HAPAM)和常规聚丙烯酰胺(HPAM)的增黏机理
疏水缔合型聚丙烯酰胺(HAPAM)和常规聚丙烯酰胺(HPAM)的增黏机理
李美蓉;柳智;曹绪龙;张本艳;张继超;孙方龙
【摘 要】疏水缔合型聚丙烯酰胺(HAPAM)与常规聚丙烯酰胺(HPAM)相比具有显著的高效增黏性、耐盐性和理想的耐温稳定性.通过测定HAPAM溶液的电导率和黏度,得到聚合物的临界胶束质量浓度为450 mg/L.通过红外光谱和核磁共振分析,可知HAPAM侧链含有长的烷基链,并且侧链含有双键,这些构成疏水基团,起到疏水缔合作用.扫描电镜观测结果从形态上直接说明了HAPAM和HPAM的增黏和降黏机理,HPAM溶液的表观黏度主是由非结构黏度ηn构成,HAPAM溶液黏度由非结构黏度ηn和结构黏度ηs共同构成.%Compared with conventional
polyacrylamide ( HPAM), hydrophobically associating polyacrylamide
( HAP AM) has the performance of increasing viscosity, salt tolerance and
temperature stability. By measuring the conductivity and viscosity of the
polymer at its various concentrations, the critical micelle concentration of
HAPAM of 450 mg/L was obtained. By analyzing the results of IR and NMR,
it is confirmed that HAPAM contained long alkyl chains with double bonds,
which constitute the hydrophobic group. By the method of scanning
双层侧进式搅拌槽内流场特性数值模拟
双层侧进式搅拌槽内流场特性数值模拟
孙存旭;王垒智;周勇军;何华;孙建平
【摘 要】采用计算流体动力学方法对烟气脱硫过程中吸收塔浆液池的流场特性进行了数值模拟研究,分析了相同转速下双层侧进式搅拌器安装水平偏角θ、竖直偏角φ、离底高度C 1和层间距C 2对搅拌槽内流场的影响.模拟结果表明,安装双层侧进式搅拌器能够增强流体的上下流动,在θ=5°、φ=10°、C 1=0.13 m和C
2=0.5 m时搅拌槽内流场分布相对较好.模拟计算出的搅拌器功率准数N p与理论公式计算值相比最大误差为3.1％,验证了数值模拟方法的准确性.研究结果可为该类搅拌槽的设计和优化提供参考.
【期刊名称】《石油化工设备》
【年(卷),期】2019(048)004
【总页数】7页(P44-50)
【关键词】侧进式搅拌槽;烟气脱硫;流场特性;功率准数;数值模拟
【作 者】孙存旭;王垒智;周勇军;何华;孙建平
【作者单位】南京工业大学 机械与动力工程学院,江苏 南京 211816;南京工业大学
机械与动力工程学院,江苏 南京 211816;南京工业大学 机械与动力工程学院,江苏
南京 211816;江苏省特种设备安全监督检验研究院 国家化工设备质量监督检验中心,江苏 苏州 215600;江苏省特种设备安全监督检验研究院 国家化工设备质量监督检验中心,江苏 苏州 215600
【正文语种】中 文 【中图分类】TQ051.7;TE962.03
在烟气脱硫过程中，考虑吸收塔的结构特点，多选用侧进式搅拌器。侧进式搅拌器的作用是促进固相颗粒的悬浮和氧化空气的分散，其决定着吸收塔的脱硫效率。吸收塔整体尺寸比较大，结构较为复杂，实验研究比较困难，而数值模拟方法则体现出了其优越性。
近年来，许多学者采用计算流体动力学(CFD)方法对侧进式搅拌槽内流场分布进行了研究。Gomez等[1]对低雷诺数Re下侧进式搅拌槽内流场进行了数值模拟和实验研究，模拟的速度矢量图与粒子图像测速(PIV)实验测试结果非常吻合，不同雷诺数下功率准数模拟数据和实验数据较为一致。Saeed等[2]对侧进式搅拌槽内两相流场的固液悬浮性能进行了数值模拟和实验研究。陈佳等[3]对大型侧进式搅拌釜内单桨工况下搅拌桨垂直和水平偏角不同对流场的影响进行了数值模拟，分析了多桨与单桨工况下搅拌总功耗的关系。崔娜等[4]采用数值模拟方法，分析了烟气脱硫吸收塔底部浆液池内搅拌器径向角和法向角不同对单相搅拌时的流场及两相搅拌时固体颗粒悬浮状态的影响。张林进等[5]采用数值模拟方法，研究了烟气脱硫吸收塔底部浆液池内不同搅拌转速和搅拌桨安装角度对流场的影响。刘冠一[6]对侧入式搅拌反应器中水平偏角及搅拌桨转速对搅拌槽流场及固体颗粒悬浮性能的影响进行了数值模拟。梁敬福等[7]采用数值模拟方法，对大型沼气厌氧池侧进推进式搅拌中不同参数对搅拌功率和流场的影响进行研究，认为存在一定的水平夹角有利于降低搅拌功率，垂直夹角和离底高度对搅拌功率的影响较小，水平夹角为30°时有效区百分比最大，搅拌流场效果最好。方键等[8-9]采用数值模拟方法，对侧入式搅拌槽内的桨叶安放倾角以及搅拌桨型对混合性能的影响进行了研究，发现改变桨叶的倾角可以显著提升搅拌槽内的混合效率，同时还研究了不同雷诺数下搅拌器的功率准数。陈功国等[10]用CFD方法对侧进式搅拌槽内转速、叶片个数、桨叶直径以及叶片倾角对流场和功率消耗的影响进行了数值模拟。
搅拌槽内三相混合特性的数值模拟
搅拌槽内三相混合特性的数值模拟
曹乔乔;郝惠娣;王瑾;秦佩;雷建勇
【摘 要】利用Ansys CFX软件对自吸式龙卷流型搅拌槽内的气、液、固三相混合特性进行了研究,从速度场、固相分布、湍动能、湍动能耗散及切应变速率等方面对其进行数值模拟,并与标准搅拌槽进行对比发现:自吸式龙卷流型搅拌槽具有良好的速度分布和固液悬浮性能,其湍动能和湍动能耗散分布合理,有利于物料之间的充分接触与混合,且其主要混合区域的剪切力小、功耗低,对介质的损伤小,节能效果明显.
【期刊名称】《化工机械》
【年(卷),期】2015(042)004
【总页数】6页(P548-553)
【关键词】搅拌槽;三相混合特性;数值模拟
【作 者】曹乔乔;郝惠娣;王瑾;秦佩;雷建勇
【作者单位】西北大学化工学院;西北大学化工学院;西北大学化工学院;西北大学化工学院;西北大学化工学院
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ051.7+2
流体搅拌技术，尤其是多相流搅拌技术广泛应用于石油、化工及生物发酵等领域。在生物化工领域，好氧发酵过程要求气、液、固三相既要有充分接触，又要避免高剪切对介质造成损伤。自吸式龙卷流型搅拌槽是一种新型气、液、固三相搅拌槽，兼具中心龙卷流型搅拌槽固液悬浮和自吸分散的优点[1～3]。借助CFD软件对搅拌槽内部的混合性能进行预测模拟仿真，探索搅拌槽内气、液、固三相的混合效果，可便于后续的结构优化和实验研究。由于搅拌槽内部混合具有复杂性，数值模拟主要集中在单相或两相，涉及到气、液、固三相的研究非常少[4]，因此需要对搅拌槽内三相模拟技术进行深入的研究。笔者在已有的研究基础上，利用Ansys CFX软件对自吸式龙卷流型搅拌槽内的气、液、固三相的混合性能进行数值模拟，研究三相的流动特性、固液悬浮、气液分散和剪切效果，并与标准搅拌槽进行对比，研究结果对工业搅拌设备的研发和优化设计具有一定的指导意义。
1 计算模型
1.1 几何模型
笔者选取的模拟对象为平底圆柱形搅拌槽(图1)。桨叶采用六直叶圆盘涡轮桨[5]，该桨叶具有临界转速低、结构简单和混合性能好的优点[6,7]。自吸式龙卷流型搅拌槽底部有4块对数螺旋线导流板，桨叶上方安装定子结构(气体分散装置)来完成气体的吸入。模拟过程中，搅拌槽的转速应大于气体吸入临界转速和临界悬浮转速，故取400r/min。搅拌槽的具体几何尺寸如下：
疏水缔合水溶性聚合物P(NVP-DMDAAC-BA)的制备及释药特性
第２３卷第１期
２００７年１月 高分子材料科学与工程 Ｖｏ１．：｝３，Ｎｏ．１
ＰＯｌ ＹＭＥＲ ＭＡＴＥＲＩＡＩ Ｓ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ｎ．２００７
疏水缔合水溶性聚合物Ｐ（ＮＶＰ—ＤＭＤＡＡＣ—ＢＡ）
的制备及释药特性
王新龙，方 洁，张跃军，王 娟
（南京理工大学化工学院，江苏南京２１００９４）
、 ＋ 摘要：以水为介质．采用自由基胶束聚合制备了二甲基二烯丙基氯化铵（ＤＭＤＡＡＣ）、Ｎ一乙烯基吡略烷嗣
（ＮＶＰ）和丙烯酸丁酯（ＢＡ）三元共聚的疏水缔合水溶性聚合物Ｐ（ＮＶＰ—ＤＭＤＡＡＣ—ＢＡ），产物结构经。Ｈ－
ＮＭＲ和ＩＲ确证。研究了疏水单元含量对聚合物溶液表现黏度的影响厦共浆物时药物萘普生的绒释性
能。
关键词：疏水缔台ｆ水溶性聚合物；黏度ｌ萘瞢生ｌ缓释
中圈分类号：ＴＢ３９ 文献标识码ｌＡ 文章编号ｌ １０００－７５５ｓ（２００７）０１—０２０８．０３
一直以来，所研究的疏水缔合水溶性聚合
物的水溶性单体大多是丙烯酰胺［１叫］，但其毒
性使其应用受到一定限制。Ｎ一乙烯基吡咯烷酮
（ＮＶＰ）的聚合物聚乙烯基吡咯烷酮（ＰＶＰ）除
具有一般水溶性高分子的优良性质外，最具特
色的是其优异的溶解性能和生理相容性。二甲
基二烯丙基氯化铵（ＤＭＤＡＡＣ）高效无毒，其共
聚物或均聚物正电荷密度高，具有良好的水溶
性，相对分子质量易于控制。本文以ＤＭ．
ＤＡＡＣ、ＮＶＰ为水溶性单体，丙烯酸丁酯（ＢＡ）
为疏水单体制备共聚物，再将共聚物作为致孔
剂，乙基纤维素为骨架材料，利用骨架型缓释原
理制备了萘普生缓释片并研究其体外释放度。
１实验部分
１．１原料及仪器
ＮＶＰ：分析纯，购自Ｍｅｒｃｋ公司；乙基纤维
索：分析纯，天津市华真特种化学试剂厂产品；
ＰＶＰ：分析纯，购自国药集团化学试剂有限公
司；ＤＭＤＡＡＣ：６０ 水溶液，实验室自制；偶氮
二异丁腈：化学纯，购自上海市四赫维化工有限
搅拌槽内固液两相流的数值模拟及功率计算
１４ 化工装备技术 第３３卷第１期 ２０１２年２月
应用研究
搅拌槽内固液两相流的数值模拟及功率计算
董厚生¨ 魏化中 ， 舒安庆 ｔ 刘凯
（１．武汉工程大学机电工程学院２．武汉市压力容器压力管道安全技术研究中心１
摘要使用计算流体动力学的方法对搅拌槽中的流场进行模拟，得到搅拌槽中液体的流动 状况和体积分数分布。对流场分布规律、固体颗粒体积分数特点加以分析．进而利用模拟出
的数据计算搅拌轴的功率，为搅拌器的设计提供参考。
关键词搅拌槽功率颗粒计算流体动力学数值模拟
中图分类号ＴＱ ０５１．７
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ
Ｓｏｌｉｄ．．．１ｉｑｕｉｄ Ｔｗｏ．—－ｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ ｉｎ Ｓｔｉｒｒｅｄ Ｔａｎｋ
Ｄｏｎｇ Ｈｏｕｓｈｅｎｇ Ｗｅｉ Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｓｈｕ Ａｎｑｉｎｇ Ｌｉｕ Ｋａｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｓｔｉｒｒｅｄ ｔａｎｋ，ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ ｉｎ ｓｔｉｒｒｅｄ ｔａｎｋ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｌａｗｓ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｄａｔｅ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ａｇｉｔａｔｏｒ ｓｈａｆｔ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｉｘｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓｔｉｒｒｅｄ ｔａｎｋ；Ｐｏｗｅｒ；Ｐａｒｔｉｃｌｅ；Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ；Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
含水合物沉积物孔隙流动特性数值模拟
含水合物沉积物孔隙流动特性数值模拟
张吉东;刘晓惠;边培明;吴强;殷振元
【期刊名称】《中南大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2022(53)3
【摘 要】以中国南海泥质粉砂型天然气水合物沉积物为研究对象,基于有限单元数值模拟法,采用孔隙尺度模型定量分析了砂质颗粒粒径、水合物饱和度和砂质颗粒空间非均质性对水合物沉积物(HBS)渗透率演化的影响。首先,本文基于CT图像重构了含水合物沉积物均质模型,基于Darcy定律对不同砂质颗粒粒径和水合物饱和度的含水合物沉积物储层渗透率进行了定量分析;其次,构建了含水合物沉积物非均质数值模型,探讨砂质颗粒空间非均质性对渗透率演化的影响;最后,提出一种基于Tokyo模型的修正方法,并与数值模拟结果及实验数据进行拟合及验证。研究结果表明:HBS绝对渗透率与粒径呈正相关,砂质颗粒粒径下降至拐点(D_(50)=62.5μm)后,绝对渗透率急剧下降,粉砂水合物沉积物绝对渗透率是黏土水合物沉积物的962倍(S_(H)=41.1%);而HBS相对渗透率则与饱和度S_(H)呈负相关,水合物饱和度上升至拐点S_(H)=33.9%后,相对渗透率急剧下降。砂质颗粒空间非均质性会显著降低初始渗透率且导致渗透率变化对饱和度更加敏感,并成为影响Tokyo模型中指数N变化的关键要素。
【总页数】9页(P855-863)
【关键词】水合物沉积物;数值模拟;渗透率;孔隙尺度;非均质分布;颗粒粒径
【作 者】张吉东;刘晓惠;边培明;吴强;殷振元 【作者单位】清华大学清华大学深圳国际研究生院;山东科技大学能源与矿业工程学院;深圳市百勤石油技术有限公司;黑龙江科技大学安全工程学院
【正文语种】中 文
【中图分类】P744
【相关文献】
1.含天然气水合物沉积物三维孔隙结构数值重建2.基于分形孔隙模型的含天然气水合物沉积物电阻率数值模拟3.弯管内天然气水合物颗粒螺旋流动特性数值模拟4.基于Fluent的管道内水合物浆液流动特性数值模拟
疏水改性聚丙烯酰胺溶液的分子模拟
Ｖｏ１．３４ ２０１３年５月 高等学校化学学报 ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩＮＥＳＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＩＥＳ Ｎｏ．５ １２９５—１３０２
ｄｏｉ：１０．７５０３／ｅｊｃｕ２０１２０９２３
疏水改性聚丙烯酰胺溶液的分子模拟
王惠厦 ，姚林 ，丁 彬 ，罗健辉 ，周 歌 ，江 波
（１．１￣ｔ３ｔｌ大学化学学院，绿色化学与技术教育部重点实验室，成都６１００６４； ２．中国石油勘探开发研究院，北京１０００８３）
摘要设计了几种不同的非离子型改性聚丙烯酰胺（ＨＭ—ＰＡＭ）和阴离子型改性聚丙烯酰胺（ＨＭ．ＨＰＡＭ）．通 过分子动力学模拟（ＭＤ）方法研究了在聚合物链上加入不同疏水改性单体对提高聚丙烯酰胺耐盐性的影响， 考察了盐浓度对疏水改性聚丙烯酰胺的回旋半径（Ｒ ）、特性黏数（［叼］）、径向分布函数（ＲＤＦ）和均方位移 （ＭＳＤ）的影响以及聚合物的微观结构与特性黏数之间的关系．研究结果表明，引入疏水改性单体后，改性聚 丙烯酰胺具有较好的耐盐性．通过研究非键作用与氢键相互作用可知，体系中溶质和溶剂间的相互作用及 氢键作用越弱，溶液的特性黏数越大．Ｏ—Ｈ原子对的ＲＤＦ结果表明，聚合物链的伸展与聚合物链及官能团 间的相互作用有关．当ＲＤＦ峰较弱时，聚合物链与水的作用越弱，越有利于聚合物链保持舒展状态，溶液的 特性黏数也就越大．另外，从聚合物链的ＭＳＤ曲线发现，聚合链的移动性与特性黏数呈负相关． 关键词 分子动力学；疏水改性聚丙烯酰胺；特性黏数；疏水缔合作用；耐盐性 中图分类号０６３１；０６４４；０６４１ 文献标志码Ａ
聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）是一种水溶性线型高聚物，由丙烯酰胺均聚或与其它单体共聚而成．聚丙烯酰
胺具有絮凝、黏合、降阻、增稠、易形成氢键、易通过接枝或交联得到支链或网状结构等特殊的物理化 学性质，广泛应用于三次采油、水处理、造纸、纺织、印染、农业、建筑、矿冶、食品加工、日化及医药 等领域…，有“百业助剂”之称．但ＰＡＭ分子结构中的－－ＣＯＮＨ：基团遇水易发生部分水解，形成含