卧式搅拌槽内流体混合的实验与模拟研究

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1、第3卷第12期2008年12月中国科技论文在线SciencepaperOnline911卧式搅拌槽内流体混合的实验与模拟研究王嘉骏，顾雪萍，冯连芳，曹松峰，胡国华（化学工程国家重点实验室，浙江大学化工系，杭州310027）摘要：对卧式单轴格子桨搅拌槽中的流体混合过程进行了实验和模拟研究；采用碘和硫代硫酸钠褪色法实验考察了不同搅拌转速时的混合特性，由数码相机记录了混合过程的快照；采用计算流体力学方法对于混合时间进行两步法模拟，先计算稳态流场，然后在此稳态流场的基础上采用加入浓度标量的方法计算示踪剂扩散情况。混合过程的模拟结果与实验数据吻合良好。关键词：化工传递过程；卧

2、式反应器；计算流体力学；混合时间中图分类号：TQ027.2文献标识码：A文章编号：1673－7180(2008)12－0911－4ExperimentalstudyandCFDsimulationoffluidmixingprocessinahorizontalstirredvesselWANGJiajun，GUXueping，FENGLianfang，CAOSongfeng，HUGuohua(StateKeyLaboratoryofChemicalEngineering,DepartmentofChemicalandBiochemicalEngineering,Z

3、hejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:Thefluidmixingperformanceisinvestigatedinahorizontalvesselwithasingle-axiallattice-bladeimpeller.TherelationbetweenmixingprocessandrotationspeedarestudiedexperimentallywithdepigmentationmethodofI2andNa2SO3.Thesnapshotsofdyediffusionhavebe

4、enrecordedwithdigitalcamera.Thetwo-stepmethodforthecomputationalfluiddynamics(CFD)simulationofthemixingperformancewasadopted.Thesteadyvelocityfieldissimulatedfirstly,andthenthediffusionofdyeissimulatedbasedonthetransportationofuserdefinedconcentrationscalar.Thesimulationdataofmixingtim

5、earequiteconsistentwiththeexperimentalresults.Keywords:chemicalengineeringtransportprocess；horizontalreactor；computationalfluiddynamics；mixingtime因地、因时而异，但是这种测量方法简单快捷，在操作0引言条件均固定时，仍能对搅拌器的混合性能优劣作一定信[1]20世纪70年代永田进治等从工程角度提出通过测赖度的评价，所以至今被广泛应用。测量混合时间有量搅拌槽中的混合时间来评价混合过程。其定义为经过液晶法、温度法、电导法、褪色法等

6、多种方法，因而对搅拌使物料达到特定均匀程度所需要的时间，记作文献中的混合时间数据较难进行定量的比较。虽然影响θm．尽管混合时间的定义不够严密，测量结果可能因人、混合时间的因素很多，但从本质上讲，混合时间最终受基金项目：国家自然科学基金(20310285,50503020)作者简介：王嘉骏(1973－)，男，副教授通信联系人：冯连芳，教授，fenglf@zju.edu.cn第3卷第12期912中国科技论文在线SciencepaperOnline2008年12月流型的控制。近年来计算流体力学方法(CFD,ComputationalFluidDynamics)越来越受到了

7、人们的重视，在反应器设计和优化中得到了越来越广泛的应用。与实验的方法对比，CFD方法可以获取反应器中的速度场、温度场和浓度场，对[2]混合设备的优化设计具有重要意义。毛德明等利用分区混合模型对不同类型的多层桨搅拌槽内的混合过程[3]进行了考察。2000年Jaworski等采用CFD对双层六直叶涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行模拟，混合时间的图2格子式桨的单元[4]模拟值与实验值存在较大误差；周国忠等和张国娟Fig.2Schemeofexperimentalimpeller[5]等对六直叶圆盘涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了混合时间采用碘和硫代硫酸钠的褪色反应来测定。[