探究搅拌槽中非牛顿流体流动与混合特性的模拟

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1、北京化工大学硕士学位论文搅拌槽中非牛顿流体流动与混合特性的模拟姓名：张丽丽申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：黄雄斌20080530北京化工大学硕士学位论文搅拌槽中非牛顿流体流动与混合特性的模拟摘要搅拌反应器在高分子化工、精细化工、生物化工等领域有着广泛的应用，而且遇到的流体很多属于非牛顿流体。由于非牛顿流体与牛顿流体有着不同的特点，因此流动时表现出一些不寻常的特性。非牛顿流体的特殊性使得我们不能够用牛顿流体的一些关联式来设计非牛顿流体。近年来，利用计算流体力学(CFD)的方法研究搅拌设备内非牛顿流体的流动和混合特性逐渐发展起来，并且对搅拌设备的设计起

2、着越来越重要的作用。本文使用CFX软件对搅拌槽内剪切变稀型非牛顿流体的自由液面高度与混合特性进行了模拟。搅拌槽内径为D=476mm，无挡板条件，搅拌槽椭圆封头部分高H=119mm，圆柱型部分高H=426mm，。搅拌桨采用45度两斜叶桨，桨直径d-O．725D，桨叶为逆时针旋转(下压)。本文首先采用VOF方法对剪切变稀型非牛顿流体的自由液面高度进行了模拟，且数学模型分别考虑了三种不同模型，并分别把模拟结果与实验进行了比较。结果表明：采用分段模型(即低剪切速率时采用广义宾汉流体模型，高剪切速率时采用幂率流体模型)比搅拌槽内单独采用广义宾汉流体模型和单独采用幂率流

3、体模型模拟结果更接近实际流体。在稳态流场的基础上，采用示踪粒子运动模型对自由表面示踪粒子的运动时间进行了数值模拟，并采用糖浆牛顿流体研究了浓度法与示踪粒子法的关系，最后对剪切变稀型非牛顿流体的自由表面示踪粒子运动时间进行了模拟，并把模拟结果分别与实验进行了比较。研究结果表明浓度法混合时间约为示踪粒子运动时间的4～5倍，可以为工业设计提供有意的参考。T北京化工大学硕士学位论文关键词：搅拌槽，计算流体力学(CFD)，非牛顿流体，VOF方法，示踪粒子法，混合时间Ⅱ北京化工大学硕士学位论文NumericalSimulationofthenowandmixingcha

4、racteristicofN0n．newtonianliauidinanstirredtankJN0n—neWtonlannqUlnlnanSnrreQtanKABSTRACTMixingequipmentsarewidelyusedinmanyindust巧processes，andmostofnuidisbelongtoNon-newtonianliquid．Non—newtoIlianliquidhasdif3E．erentcharaCt嘶sticwithne叭onian1iquid，sothecoHelationsofne叭onian1iquiddo

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7、)methodwasusedtosimulatethe骶esu血ce．nowoftheNon-ne嘶onianliquid．111reemath—models(subsection-model、generalizedBingh锄modelandPower．1awmodel)wereused，andthecomputationalresultswerecomparedwiththeexperimentIII北京化工大学硕士学位论文results．Theresultsshowedthatmesubsection—modelwaSappropriatetosiIn

8、ulatetheshearthinmngliquid