A non-intrusive Planar Laser-Induced Fluorescence(PLIF) technique was applied to study the turbulent mixing process in a Rushton turbine reactor. Instantaneous and ensemble averaged concentration fields are obtained by measuring the fluorescence intensity of Rhodamine B tracer excited by a thin Nd:Yag laser sheet illuminating the whole center plane of the stirred tank. The gray level images captured by a 14-bit cooled CCD camera can be transformed to the local concentration values using a calibration matrix. The dye injection point was selected at the tank wall with three quarter height (3/4H) from the tank bottom to observe the mixing characteristics in upper bulk flow region. There exist distinct two time scales: the rapid decay of mean concentration in each region after the dye infusion reflects the large scale mixing while the followed slow decay reveals the small scale mixing. The temporal change of concentration probability functions conjectures the two sequential processes in the batch type mixing. An inactive column of water existed above the impeller disk, in which the fluid rotates with the shaft but is isolated from the mean bulk flow.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.8
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pp.1145-1152
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2002
A non-intrusive Planar Laser-Induced Fluorescence(PLIF) technique was applied to study the turbulent mixing process in a Rushton turbine reactor. Instantaneous and ensemble averaged concentration fields was obtained by measuring the fluorescence intensity of Rhodamine B tracer excited by a thin Nd:Yag laser sheet illuminating the whole center plane of the stirred tank. The gray level images captured by a 14-bit cooled CCD camera could be transformed to the local concentration values using a calibration matrix. The dye injection point was selected at the tank wall with three quarter. height (3/4H) from the tank bottom to observe the mixing characteristics in upper bulk flow region. There exist distinct two time scales: the rapid decay of mean concentration after the dye infusion reflects the large scale turbulent mixing while the fellowed slow decay reveals the small scale molecular mixing. The temporal change of concentration variance field conjectures the two sequential processes for the batch type mixing. An inactive column of water is existed above the impeller disk, in which the fluid rotates with the shaft but is isolated from the mean bulk flow.
CFD analysis has been conducted to find the two stage impeller configuration which is the most suitable for a stirred tank with an internal helical cooling coil and a cooling jacket, which is frequently used in chemical industries for highly exothermic reactions ranged from low to medium viscosity. Two typical types of impellers are considered; pitched paddle impellers and Rushton turbine impellers. Interestingly, pitched paddle impellers show a good mixing performance for multi-species, whereas Rushton turbine impellers achieve a good mixing performance for multi-phases. Besides the type of an impeller, the location of an impeller is another important factor to be considered in order to accomplish an effective mixing. The best set of types and locations of two impellers is recommended based on the coefficient of variation(CoV) value and the heat removal capability obtained from CFD results. The former is a measure to quantify the degree of mixing.
This study investigated the main factors influencing digester temperature and methods to reduce heat losses during the cold season in the subtropics. Four composite digesters (two insulated and two uninsulated) were buried underground to measure their internal temperature ($^{\circ}C$) at a depth of 140 cm and 180 cm, biogas production and methane ($CH_4$) concentration in biogas from August to February. In parallel the temperature of the air (100 cm above ground), in the slurry mixing tank and in the soil (10, 100, 140, and 180 cm depth) was measured by thermocouple. The influent amount was measured daily and the influent chemical composition was measured monthly during the whole experimental period. Seasonal variations in air temperature significantly affected the temperature in the soil, mixing tank and digester. Consequently, biogas production, which is temperature dependent, was influenced by the season. The main factors determining the internal temperature in the digesters were insulation with Styrofoam, air temperature and temperature of slurry in the mixing tank. Biogas production is low due to the cold climate conditions in winter in Northern Vietnam, but the study proved that storing slurry in the mixing tank until its temperature peak at around 14:00 h will increase the temperature in the digester and thus increase potential biogas production. Algorithms are provided linking digester temperature to the temperature of slurry in the mixing tank.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.23
no.4_2
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pp.617-626
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2020
The drilling mud is essentially used in oil and gas development. There are several roles of using the drilling mud, such as cleaning the bottomhole, cooling and lubricating the drill bit and string, transporting the cuttings to the surface, keeping and adjusting the wellbore pressure, and preventing the collapse of the wellbore. The fragments from rocks and micro-sized bubbles generated by the high pressure are mixed in the drilling mud. The systems to separate those mixtures and to keep the uniformly maintained quality of drilling mud are required. In this study, the simulation is conducted to verify the performance of the mud tank's agitation capacity. The primary role of the mud tank is the mixing of mud at the surface with controlling the mud condition. The container type is chosen as a mud tank pursuing efficient transport and better management of equipment. The single- and two-phase simulations about the agitation in the mud tank are performed to analyze and identify the inner flow behavior. The convergence of results is obtained for the vertical- and axis-direction velocity vector fields based on the grid-dependency tests. The mixing time analysis depending on the multiphase flow conditions indicates that the utilization of a two-stepped impeller with a smaller size provides less time for mixing. This study's results are expected to be utilized as the preliminary data to develop the mixing and integrating equipment of the onshore drilling mud system.
Transport of a scalar quantity, such as chemical concentration or temperature, is important in many engineering applications and environmental flows. Here we report on results obtained from the large eddy simulations of flow and concentration fields inside the tank performed using a spectral multi-domain technique. The computations were driven by specifying the impeller-induced flow at the blade tip radius (Yoon et al. $^{(1)}$). This study focused on the concentration development at different molecular diffusivities in a stirred tank operated under turbulent conditions. The main objective of the work presented here is to study the large-scale mixing structure at different molecular diffusivities in a stirred tank by using the large eddy simulation. The time sequence of concentration and flow fields shows the flow dependency of the concentration development. The presence of spatial inhomogenieties is detailed by observing the time variation of local concentration at different positions.
An experimental study on thermal mixing of steam jet condensation through the I-Sparger of APR1400 design using B&C (Blowdown and Condensation) test facility. Due to the limit of the steam supply capability of the pressurizer, transient thermal mixing experiments were conducted. Temperature distributions in the quench tank were measured using thermocouples located at various positions. From the experimental data, local temperature variations for various locations and vertically cross-sectional temperature distributions for several times were depicted and presented. The result shows the characteristics of thermal mixing of the I-Sparger depending on the design features of the I-Sparger.
Non-Newtonian fluid mechanics takes charge of an important role in the oil industries. Especially in the oil well drilling process, the drilling fluid such as mud keeps the drill bit cool and clean during drilling, with suspending drill cuttings and lubricating a drill bit. The purpose of this study is to examine the effect of fluid mud rheological properties to predict different characteristics of non-Newtonian fluid in the mud mixing tank on offshore drilling platforms. In this paper, ANSYS fluent package was used for the simulation to solve the hydrodynamic force and to evaluate mud mixing time. Prediction of the power consumption and the pumping effectiveness has been presented with different operating fluid models as Newtonian and non-Newtonian fluid. The comparison between Newtonain mud model and non-Newtonian mud model is confirmed by the CFD simulation method of drilling mud mixing tank. The results present useful information for the design of the drilling mud mixing tanks and provide some guidance on the use of CFD tool for such non-Newtonian fluid flow.
Stirred tanks are widely used in various industries for mixing operations and chemical reactions for single- or multi-phase fluid systems. In this study, a numerical study was conducted to predict the mixing characteristics in a simple stirred tank. The flow in the model stirred tank was calculated utilizing the multiple reference frame (MRF) and the sliding mesh (SM) capabilities of a commercial CFD code (Fluent 6.2). The results of the flow simulation were analyzed in terms of the mixing efficiency, and the applicability of MRF and SM methods was also discussed.
Studies were made to investigate effects of the scale-up of stirred tank bioreactors on cell growth and alkaloids production for suspension cultures of Eschscholtzia californica. In the 1.5 L STR, cell lysis was observed at 110 rpm or higher agitation speed. The agitation speed of 30 L STR was 43.7 rpm to maintain the same shear stress developed in 1.5 L STR of 100 rpm. As a result of scale-up from 1.5 L to 30 L STR, the specific growth rate was decreased from 0.12 to 0.07 day-1. The alkaloids productivity was also decreased from 0.24 to 0.14 mg/L-day. Changes of mixing performance and oxygen transfer were studied to explain the decrease of cell growth and alkaloids production. Decreased oxygen transfer rate coefficient(KLa) and increased mixing time by the scale-up was observed at various aeration rates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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