试析卧式反应器特性与数值模拟

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1、浙江大学硕士学位论文卧式反应器特性与数值模拟姓名：曹松峰申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：冯连芳2002.2.1浙江大学硕士学位论文摘要Y《33388目前对于反应器的设计还强烈地依赖经验和实验，缺少理论的指导，这种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，ComputationalFluidDynamics)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

2、越来越得到人们的重视。本文中对卧式单、双轴格子桨进行了实验研究，并对卧式单轴格子桨特性进行了CFD数值模拟。／以水、糖浆和CMC作为实验介质对卧式单、双轴格子桨的搅拌功率、混合时间和停留时间分布(RTD)等特性进行了研究。功率特性方面：具体研究了搅拌功率随旋转方向、转速、物料粘度、桨间距和相邻桨叶夹角等因素变化的规律；混合时间特性方面：用碘和硫代硫酸钠褪色法考查了转速以及碘和硫代硫酸钠加入量当量比等因素对停留时间分布的影响，发现：两者的当量比对所测得的混合时间影H向很大，为了能够使实验数据能够接近于真正的混合时间，必须尽量控制碘和硫代硫酸钠的当量比接

3、近为1：1(NazS203稍微过量)：在停留时间分布特性方面，研究了转速、物料粘度、桨间距和相邻桨叶夹角等因素对当量釜数的影响。同时为了与模拟结果进行宏观对比，还对混合时问以及停留时间分布的示踪剂扩散情况进行了拍照。数值模拟方面：采用专业流体力学软件对卧式单轴格子桨的流场、混合时问与停留时间分布等特性进行了模拟与研究。对于流场的研究是采用了较简单的稳态计算方法，在与两组互相垂直的桨叶平面互成45度的平面上，通过分析径向、周向和轴向三个方向的速度分布，给出了此平面上径向、周向和轴向速度极值的出现规律：对于混合时间和停留时间分布的模拟采用了先计算稳态流场

4、，然后在此稳态流场的基础上计算示踪剂扩散情况的两步法，两者的模拟结果与实验数据都吻合的较好。对于混合时间的模拟，可以看出实验数据都小于模拟数据，且转速越高，实验数据与模拟结果相差越大，这是由于在实验中，达到视觉上完全混合的时候，转速越高，硫代硫酸钠轴向梯度越大所导致的。l／关键词：CFD，格子桨，卧式反应器，搅拌功率，混合时间，停留时间分布塑兰查堂堕主兰垡堡塞ABSTRACTAtpresent，thedesigningofreactorsaredependedonexperienceandexperiment，andarelackinginsuppo

5、rtoftheories．ComputationalFluidDynamics(CFD)isusedtoanalyzetheflowcharactersoffluid、whichcannotonlysavealOtofresource，butalsogetsomeimportantlocaldatathatcannotbegatheredinexperiment．NowCFDisregardedmoreandmoreinthedesigningandoptimizationinchemicalengineeringfieldsInthispapers

6、ingle．axialandtwin—axiaIlattice—blade’scharacterswerestudied，andthesingle．axiallattice．blade’Scharactersweresimulated．Inthisstudy,water,syrupandCMCwasadoptedastheexperimentalfluid，andtheresearcheswerefocusedonthethreecharactersofthereactor：powerconsumption，mixingtimeandtheresid

7、ent．timedistribution(RTD)．First。therelationswerestudiedbetweenthepowerconsumptionandtherotationdirection，therotatingspeed，theviscosityofthesystem，thedistancebetweentwoadjacentblades，andtheanglebetweentwoadjacentblades．Second，bydepigmentationmethodof12andNa2S03，therelationsweres

8、tudiedbetweenthemixingtimeandtherotatingspeedandthesto