试析用于高粘度流体的搅拌釜的模拟及优化

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1、江南大学硕士学位论文用于高粘度流体的搅拌釜的模拟及优化姓名：吴岩申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：倪邦庆20090701摘要高粘度流体在反应釜中的流动情况非常复杂，很难用实验测量。目前对于反应釜的设计还主要依赖经验和实验，缺少理论的指导，实验方法不但耗费巨额的资金和大量的人力物力，而且设计周期很长。而近年来发展起来的计算流体力学(CFD，ComputationalFluidDynamies)是一种用于分析流体流动性质的计算技术。CFD与工程技术的结合不仅可以节省大量的人力物力，提高实验效率，而且还可以得到在实验中无法得到的局部详细信息，所以CFD在化工设计和优化中的作用越来越得到人们的

2、重视。本文中运用商业计算流体力学(CFD)软件FLUENT6．3对用于高粘度流体水解明胶的双螺带搅拌釜进行流场模拟，用GAMBIT建立流体的简化模型采用多重参考系法(MRF)处理搅拌桨区。结果表明，所选模型能较准确地预测搅拌反应器的速度场，同时通过改变s／d的值，找到最适合的值为1，最佳搅拌转速大约为60r／min，为搅拌釜的设计提供理论依据。双螺带搅拌釜模拟结果显示，釜内仍存在较大的死区，所以又对另外两种桨型进行了模拟。通过模拟，比较分析了双螺带、螺杆．螺带、INTERMIG式．螺带组合桨的流场、速度场、混合时间和功率消耗，发现INTERMIG式．螺带组合桨搅拌轴附近速度有一定的改善，示踪剂

3、的扩散速度快于另外两种搅拌釜，混合更均匀，不存在混合死区，功率消耗低于螺杆．螺带组合桨，综合以上因素，这种性质流体应选择INTERMIG式．螺带组合桨搅拌釜。还对INTERMIG式．螺带桨的粘度适用范围进行了模拟，找出了适用的流体的最佳粘度范围为2．3Pa·s'---52Pa．so并对INTERMIG式．螺带组合桨进行了适当的放大模拟，分析了流场、速度场、示踪剂的混合时间、功率等，发现功率随转速的增加不是成直线增加的，当转速达到一定值后，功率随转速的增加趋势明显加快，示踪剂在釜内仍能得到较快较好的混合。以上表明，INTERMIG式．螺带组合桨混合快，效果好，耗能低，应用范围广，是一个成功的组合

4、桨型。关键词：CFD；双螺带搅拌釜；多重参考系法(MRF)；螺杆．螺带搅拌釜；INTERMIG式．螺带搅拌釜AbstractTheflowofhighviscositymaterialisverycomplexinthestirredtank．SOitiSdifficulttobesolvedbythemethodofexperiment．Atpresent，thedesigningofstirredtankisdependedonexperienceandexperiment，andisleakinginsupportofexperimenttheories．ComputationalFlu

5、idDynamies(CFD)isusedtoanalyzetheflowcharaetersoffiuid．whichCannotonlysavealotofresource，butalsogetSOmeimportantlocaldatathatCannotbegatheredinexperiment．NowCFDisregardedmoreandmoreinthedesigningandoptimizationinchemicalengineeringfields．Inthispaper,thecommercialSOftwarepackageFLUE]NT6．3wasusedwinlm

6、ultiplerefe：renceframes(MRF)impellerrotationmodel．Fluidsetuptheestablishmentofasimplifiedmodel、析mGAMBIT，andforhigh—viscositymaterialshydrolyzedgelatin、)~rithdoubleribbonstirredtankwassimulated．11伧resultshowedthatthedoubleribbonimpellercouldsimulatedetailedinformationondistributionofvelocityandthroug

7、hchanges／d,findasuitablevalueof1．nleoptimumstirringspeedWassomewherenear60r／min．111eresultwasprovidedthetheoreticalbasisforthedesignofthedoubleribbonimpeller．Butdoubleribbonstirredtankwasacertaindefec