三层桨搅拌槽内三维流场的数值模拟

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2012.07.011三层桨搅拌槽内三维流场的数值模拟逄启寿，邓华军（江西理工大学，江西赣州341000）摘要：采用计算流体动力学（CFD）的方法，对稀土萃取过程中上两层为平直叶、底层为涡轮桨叶的三层组合桨搅拌槽内三维流场进行了研究。利用标准的k-epsilon双方程模型对无机相（水）和有机相（P507）的混合液在搅拌槽中产生的流场进行数值计算，得到这种搅拌桨以恒定转速300r/min在搅拌槽内转动时产生的速度场和压力场，以及速度分布云图、速度矢量图以

2、及压力云图，为搅拌桨的设计与改进提供理论基础。关键词：计算流体力学（CFD）；搅拌桨；流场；数值模拟中图分类号：TF804.2；TF845文献标识码：A文章编号：1007-7545（2012）06-0000-00NumericalSimulationofThree-dimensionalFlowFieldsGeneratedbyThree-layerBladesinaAgitationTankPANGQi-shou,DENGHua-jun(JiangxiUniversityofScienceandTechno

3、logy,Ganzhou341000,Jiangxi,China)Abstract:Computationalfluiddynamics(CFD)methodwasusedtoresearchthethree-dimensionalflowfieldsstirredbythree-layerbladeswhichconsistoftwostraightbladesandalowerturbinebladeinanagitatedvesselintheprocessofrareearthextraction.S

4、tandardk-epsilonturbulentmodelwasusedinthecomputationofflowfieldsofaqueousphaseandorganicphase(P507).Thevelocityandpressurefieldsinagitationtankgeneratedbytheimpellerrotatingataconstantspeedof300r/minareobtained.Thevelocitydistributioncontours,velocityvecto

5、rplotsandpressurecontoursareachieved.Theaboveresearchcanprovideatheoreticalbasisforthedesignandimprovementofimpellers.Keywords:computationalfluiddynamics(CFD);impeller;flowfield;numericalsimulation在稀土萃取过程中，混合澄清器（搅拌槽）是应用最广泛的设备，一般是用PVC板焊接而成的箱式结构。混合澄清器由混合室和澄清室

6、组成，一个混合室和一个澄清室构成一个混合澄清单元，即混合澄清器的一级[1]。在稀土萃取过程中，最常用的是机械搅拌，即利用叶轮（搅拌器）旋转搅动液体实现搅拌混合。国内外许多学者利用计算流体动力学（CFD）的方法对稀土萃取搅拌混合过程进行数值模拟，研究了搅拌槽速度场和压力场的分布与变化[2-6]。本文在前人研究的基础上，采用CFD的方法对混合室的三维流场进行了数值模拟，研究结果对于搅拌桨的设计和实际应用具有重要的参考价值。1搅拌桨与搅拌槽的几何模型以工程实际应用为基础，利用四川西昌江铜稀土某萃取车间的一种萃取混合

7、澄清器和赣州有色冶金研究所设计的三层桨叶结构的搅拌桨（图1），各层桨叶跨距均为60cm，底层桨叶距混合室底部30cm，上两层平直桨叶长140mm、高60mm、厚度6mm，上两层圆盘直径72mm，底层圆盘直径140mm，搅拌轴直径30mm，搅拌桨以恒定转速300r/min旋转。搅拌槽为图2所示的箱式结构[4]，混合室的有效容积为100L，边长450mm,总高度590mm，有效液面高度525mm，无挡板。图1搅拌桨模型图Fig.1Modelofstirringpaddle收稿日期：2011-12-15作者简介：逄

8、启寿（1963-），男，山东潍坊人，教授.图2混合室和前室Fig.2Themixingchamberandantechamber2两相流混合液的物理特性本次模拟以无机相（水）和有机相（P507）的混合液为工作介质。室温下P507的物性参数[2-4]：密度945kg/m3，黏度0.036Pa·s，热导率0.12W/(m·K)，比热容1200J/(kg·K)；水的物性参数：密度998kg/m3，黏度0.