应用CFD模拟DTB结晶器内的流体混合过程

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1、分类号：TQl31密级：(秘密、机密、绝密)学校代码：10057研究生学号：08838005应用CFD模拟DTB结晶器内的流体混合过程TheApplicationofComputational-Fluid-Dynamics(CFD)toMixingProcessinDTBCrystallizer专业名称：化学工程指导教师姓名：王学魁教授研究生姓名：舒畅申请学位级别：工学硕士论文提交日期：2011年1月论文课题来源：国家自然科学基金学位授予单位：天津科技大学天津科技大学学位论文原创性声明

2、』IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIlY2410720本人郑重声明：所呈交

3、的论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果内容，也不包括为获得天津科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：钙彬日期：刀}J年：≥月7日知识产权和专利权保护声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师具体指导下并得到相关研究经费支持下完成的，其数据和研究成果归属于导师和作者本人，知识产权单位属天津科技大学；所涉及的创造性发明的专利权及使用权完全归天津科技大学所

4、有。本人保证毕业后，以本论文数据和资料发表论文或使用论文工作成果时署名第一单位仍然为天津科技大学。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：锚物日期：为』／年≥月7日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，同意公布论文的全部或部分内容，允许论文被查阅和借阅。本人授权天津科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密lI(请在方框内打“√”)，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密}／

5、l(请在方框内打“√”)。作者签名：导师签名：鸽印勿日期：珊日期：刀I／年≥月7同洳，／年≥月7同摘要DTB型结晶器于50年代末出现的一种效能较高的结晶器，由于这种结晶器设有导流桶，形成了典型的晶浆内循环系统，混合能效更佳。大多数结晶过程的研究把结晶器操作假设为完全混合悬浮、完全混合排出(MSMPR)型结晶器，但是在大型结晶过程中，结晶器内的结晶几乎不可能达MSMPR要求的条件，因此实验室的研究结果不能准确预测晶体产品颗粒尺寸分布。近几十年大部分研究者关注于影响工业结晶的参数．晶体成长和成核，很少关注于同体悬浮对结晶的影响。据报道，操作条件(混合强度和出料位置)对连续结晶

6、过程中颗粒尺寸分布有很大的影响，并且不同的操作条件(混合强度和尺寸颗粒)在结晶器内会产生不同的颗粒体积分布。但是，这些信息被很少报道，因为结晶器内的颗粒分布很困难被测得，特别是在连续操作条件下。因此，如果更加清楚的了解结晶过程，并对结晶的操作条件做出正确的选择，必须对结晶器内的流体动力学和固体悬浮状态做进一步了解。计算流体力学(ComputationalFluidDynamics，CFDl是一种以计算机为工具，通过对流体运动方程的数值解法，研究流体在不同过程中的流动状态及其对流动过程中所发生的传质、传热等过程的影响。近年来，计算流体力学(CFD)作为一种研究手段被大量用于

7、模拟工业结晶过程。本文使用计算流体力学的方法，模拟研究了在连续操作状态下结晶器内晶体的悬浮状态。j二要内容包括：、采用欧拉．欧拉多相流模型，将溶液定义为连续相，将颗粒看成是拟流体，定义为分散相：采用标准k-￡湍流模型来模拟结晶器内的湍流流场情况；而对于连续相和分散相间的相间作用力，包括形体阻力和曳力，本文主要指曳力，用SchillerNaumann模型进行描述。本研究将连续结晶过程的模拟简化为单一粒度晶体悬浮状态的模拟。在CFD模拟中，设进料液中有晶体带入，代替结晶过程产生的晶体，考察了连续操作过程中颗粒尺、j^、搅拌速度和出料位置对结晶器内液相流速和颗粒体积分数的影响。

8、同时获得结晶器内流体动力学分布、同体悬浮分布和颗粒粒径分布，为研究结晶过程奠定了基础，为结晶器设计提供了理论依据。模拟结果表明，晶体的粒径和搅拌强度对混合状态有很大的影响，而排料口的高度则对结品器的混合状态无明显影响。关键词：DTB结晶器；计算流体力学：多相流模型；山料位置；悬浮密度ABSTRACTDrafttubebaffle(DTB)crystallizerisakindofcrystallizerwithhigherefficiencyinthelate1950s．DTBcrystallizercanformtypica