探究搅拌槽内固-液悬浮的数值模拟

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1、北京化工大学硕士学位论文搅拌槽内固-液悬浮的数值模拟姓名：钟丽申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：黄雄斌;贾志刚2003.5.11、!!童!坚!窒筌兰兰垒兰兰竺鳖竺—一搅拌槽内固．液悬浮的数值模拟摘要f搅拌设备普遍应用在化工、食品、冶金、造纸、石油和水处理等行业中，其中固液两相搅拌操作是最常见的操作技术。对固液悬浮搅拌槽中的固液两相流场进行研究，进而讨论固体浓度对搅拌槽内液相流场的影响规律，是固液搅拌研究工作的重要组成部分。目前对其虽1，然已有许多的实验和理论研究，但有关的理论及设计方法仍不完善。夕／近年来，利用计算流体力学(CFD)的方法研究搅拌设备内的流动和混

2、合特性逐渐发展起来。fCFD技术以其卓越的优势，对未来搅拌设备的研究、开发与设计所产生的影响不可估量∥本文首先利用商业CFD软件(FLuENT)，用计算流体力学的方法研究了搅拌器的功率曲线。对不同雷诺数范围分别进行了模拟。流动场的计算采用多重参考系法。计算得到的功率曲线与文献数据趋于一致。在过渡流区域，选用不同的方法进行模拟，与文献数据比较，对比分析各种方法在这一区域的特点。计算结果表明，在过渡流区采用不同的方法计算得到的功率准数基本相同。，L使用FLUENT软件对固．液搅拌槽内颗粒离底悬浮临界转速进行jCFD数值模拟。搅拌槽直径T=500mm，均布四块挡板，搅拌桨为标

3、准六直叶涡轮桨。两相物系为石英砂．水，固体体积浓度为5％。本文首次提出了两种不同的方法来作为颗粒离底临界悬浮的判据，推算北京化工大学硕士研究生学位论叉出颗粒离底临界悬浮转速Nj。，计算得出的Nj。值和文献数据比较有较好的一致性。同时研究了搅拌槽内的固体浓度分布和固、液两相的速度分布；比较了6个不同搅拌转速下的固体颗粒悬浮状况。在巾800mm的圆柱形搅拌槽、CBYIII型轴流式搅拌桨，玻璃珠一水，Cv=5．4％的体系中，对固．液两相流场进行了模拟，主要从CFD的角度对搅拌槽内固．液悬浮状况下的液体速度分布进行模拟研究。分别研究了叶轮下方液体轴向速度、径向速度和切向速度的模

4、拟结果和实验数据的对比；槽壁区液体速度模拟结果和实验数据的对比。同时，研究了功率准数的模拟结果和实验结果的对比。研究结果表明在叶轮区流体速度模拟结果与文献结果有较好的一致性；在接近槽底的区域、／模拟结果与实验值相比偏低。∥／关键词：搅拌槽，速度分布，计算流体力学∞f“功率曲线，固-液悬浮，离底悬浮临界转速!!主竺兰垒兰竺垒垒垡兰』尘兰——一NUMEERICALSIMULATIONOFSOLID／LIQUIDSUSPENSIONPROCESSINSTIRREDTANKABSTRACTMixingequipmentsarewidelyusedinmanyindustrypr

5、ocesses．Solid-liquidsuspensionisoneofthemostimportantprocessesinstirredoperations．Forthefluidflowinsolid-liquidstirredtank，itisimportanttostudyvelocitydistributionsforbothsolidandliquidinthetank，andthentoinvestigatetheinfluenceofparticleconcentrationonliquidvelocitydistribution．Thenewmet

6、hodofusingComputationalFluidDynamics(CFD)forthestudyofflowandmixingcharacteristicsinstirredtankisadoptedmoreandmorefrequently．Inthisstudy,basedonthefimctionprovidesbythecommercialCFDcode(FLUENT)，thepowercurveinastirredtankhasbeensimulatedbymeansofcomputationalfluiddynamics(CFD)techniques

7、．DifferentmethodshavebeenemployedatvariousReynoldsnumbers．TheMultipleFramesofReference(MFRlmethodwasadoptedforthesimulation．Thecalculatedpowercurveisconsistentwiththeliteraturedata．Threedifferentmethodswereusedforthesimulationofthetransitionflowregion．Thesimulationresults