不同搅拌参数双层浆搅拌槽三维流场数值模拟

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2013.07.015不同搅拌参数的双层浆搅拌槽三维流场数值模拟李志刚，贾慧芳，王健（华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室，南昌330013）摘要：运用Fluent软件，采取多重参考系法（MRF）和标准k-e紊流模型对搅拌槽在水中产生的流场进行数值模拟，分析了桨叶高度和转速对三维流场的影响，并对其宏观流动特性和时均速度分布进行详细对比分析。结果表明，当上桨叶高度为1200mm、转速为1909r/min（200rad/s）时，搅拌效果最佳。关键词：搅拌槽；搅拌参数；多重参考系法；数值模拟中图分类号：TB

2、115文献标志码：A文章编号：1007-7545（2013）07-0000-00NumericalSimulationofThree-dimensionalFlowFieldinDifferentStirringParametersofStirredTankofDouble-foldedBladesLIZhi-gang,JIAHui-fang,WANGJian(KeyLaboratoryofMinistryofEducationforConveyanceandEquipment,EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013,

3、China)Abstract:TheflowfieldofstirringtankproducedinwaterwasnumericallysimulatedbyMultipleReferenceFrame(MRF)andstandardk-εturbulentmodel.Theeffectsofbladeheightandrotatingspeedonthree-dimensionalflowfieldofstirringtankwereanalyzed.Themacroscopicflowcharacteristicsandaveragedvelocitydi

4、stributionwerecomparedandanalyzedindetail.Theresultsshowthattheoptimumstirringeffectisobtainedundertheconditionsofbladeheightof1200mmandrotatingspeedof1909r/min(200rad/s).Keywords:stirringtank;stirringparameters;multiplereferenceframe;numericalsimulation搅拌槽广泛应用于化学工业、石油化工行业、生物工程、制药工程、材

5、料加工以及食品加工等领域[1]。在搅拌槽中，旋转的搅拌桨与固定的挡板相互作用，使槽内的流动呈现复杂的准周期性三维非稳态湍流特性[2]。Suzukawa等[3]用激光多普勒测速仪对开启涡轮搅拌桨倾斜角度对桨叶处尾涡的影响进行了研究。朱向哲等[4]利用计算流体力学软件，采用标准k-e紊流模型，分析了非稳态情况下双层涡轮桨搅拌槽内流体的三维紊流流场、紊流动能及能量耗散，讨论了桨间距对流场、紊流动能及能量耗散的影响。本文运用Fluent软件，采取多重参考系法（MRF）和标准k-e紊流模型对搅拌槽在水中产生的流场进行数值模拟，并分析不同的搅拌参数（桨叶高度、转速）对其三维流

6、场的影响，并对其宏观流动特性和时均速度分布进行详细对比分析。1流体数学模型假设：1)搅拌槽内流体的时均运动为稳定流动，忽略周期运动对流场内流体宏观运动的影响。2)流体为连续、不可压缩的牛顿流体，搅拌槽内流动为各向同性湍流。在圆柱坐标系下，通用状态参数Φ的通用守恒方程式参考文献[5]。2CFD数值模拟2.1几何模型搅拌槽直径为1.5m，其中V形槽高0.8m，圆筒高3.0m，总高度为3.8m，上下桨叶尺寸如图1所示，上桨叶距离水面0.8m，水面距搅拌槽顶部0.4m。搅拌槽的几何模型见图2。收稿日期：2012-01-29基金项目：江西省对外科技合作项目（20121BDH

7、80016）作者简介：李志刚（1971-），男，黑龙江呼兰人，副教授，博士.图1上下桨叶尺寸Fig.1Sizeofupperandlowerblade图2搅拌槽几何模型Fig.2Geometricalmodelofstirringtank2.2网格划分及边界条件设定将搅拌槽模型导入Gambit软件中，采用非结构化三角形划分其网格，为了计算精度以及加快计算速度，流动区域和静止区域网格尺寸大小都设置为30mm。运用Fluent软件，采取多重参考系法（MRF）[6]，桨叶及其附近流体区采用旋转坐标系，其它区域采用静止坐标系，并且采用标准k-e紊流模型对搅拌槽在水中产生的

8、流场进行数