标准搅拌反应器中流场分析.pdf

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1、第37卷第2期化工机械173标准搅拌反应器中流场分析余刚木(中国石油辽阳石化机械厂)摘要针对标准搅拌器流场(蔗糖水)中不同的转速、搅拌槽尺寸和搅拌器桨叶形式，采用有限元分析软件(ANSYS)分析流场中轴向路径(石方向)和桨叶径向路径(，，方向)上的节点速度，观察速度向量图像和速度曲线的变化趋势和平缓程度，得出六平叶圆盘涡轮在转速300r／rain、槽径2．00m时的搅拌效果较为理想的结论。关键词标准搅拌反应器流场有限元分析中图分类号TQ052．5文献标识码A文章编号0254-6094(2010)02-0173-03搅拌是某些化学工业生产过程中非常

2、重要的工艺环节，其目的是强化物料的热交换过程和取得一份成分均匀的混合物。计算流体动力学(CFD)⋯是在计算机上求解描述流体运动、传热和传质的偏微分方程组，并且对上述现象进行过程模拟。笔者采用ANSYS进行流场分析，利用ANSYS软件的流体分析模拟功能旧1对标准搅拌反应器在不同的转速、槽径、搅拌液浓度、搅拌桨形式、桨叶尺寸、挡板个数、有无挡板以及搅拌桨的安装深度的情况下，各个部位受力状况、各区域内的压力分布以及各个时间段的等值线曲线等进行有限元(CFD)模拟显示。1ANSYS中CFD模块对搅拌器流场分析参数的选择搅拌桨的形式有六平叶圆盘涡轮、六斜叶

3、涡轮、六叶涡轮和四叶涡轮【31；搅拌液为蔗糖水溶液，其浓度x依次为O％、10％、20％、30％、40％、50％、60％；反应器槽径r为0．15、0．30、0．50、1．00、1．50、2．00m；反应器槽高H／T为1．00、1．25、1．50、1．75、2．00、2．25、2．50、2．75、3．00、3．25、3．75、4．00；搅拌轴转速n为150、300、450、550、650r／min；挡板尺寸宽度为1／15—1／8的反应器槽径。数据的选择是选定一个参数，从其他的数据选项中任挑出一组数据与其对应，直到其他数据选项的数据全部与之匹配。2AN

4、SYS分析方法对标准搅拌槽内流体流场分析时，需要分析一种确定的搅拌器在某一个转速下定义的路径：y向(轴所在的方向)和石向(桨叶的径向速度)分布，分析在路径上所选节点的各方向的速度，并在不同的接点上提取数据，绘制速度穿越外部的路径图象，然后通过分析和对比流场内部的速度变化，并总结出变化规律M-。搅拌反应器模型(图1)建完后，开始划分网格，并设置流体搅拌环境。通过计算雷诺数得流动为湍流。施加的载荷是速度和压力。槽顶部受大气压力，涡论x方向有径向速度和周向速度，涡轮Y方向有速度，但在挡板面上没有速度。流体在转动的桨叶和轴的带动下，引起流体流动。载荷施加

5、完后，点击Solution中的CurrentLs进行计算，随后采集有用的数据和图形，此时显示的是循环后的曲线收敛图(图2)，收敛的效果越好，计算结果就越精确。最后，在后处理中轴剖面向量图上流体流动的搅拌效果如图3所示。·余刚，男，1981年8月生，工程师。辽宁省辽阳市，111003。174化工机械2010年图1搅拌反应器ANSYS模型图2轴剖面曲线收敛图3标准搅拌槽中流场分析的结果及讨论先定义路径，把流场沿x、Y轴方向进行均分，提取数据列表(表1)，对数据进行分析。由表l可以看出，在1号线位置，Y方向上的谏摩大小不蛮：菇方向的速度发生了依次速度方

6、b．z方向的速度分布图图3流体流动的搅拌效果向的改变，成上升的趋势，合速度经历了先上升后下降然后再上升的过程。随着提取数据位置向搅拌槽中心移动，菇、Y方向的速度都在减小，这就形成在涡轮周围一圈速度减小区，此处的混合程度会减弱。另外，戈、Y方向的速度大小相差很大：戈方向的速度变化缓慢，Y方向的速度变化非常激烈。通过对几组数据的对比分析得出：六平叶圆盘涡轮在转速rg=300r／min、槽径T=2．00m时的搅拌效果相对理想。4结束语通过对标准搅拌器流场的详细分析，从中得到了有关数据和速度向量图等，可观察到搅拌器流场轨迹图及流动状态。随后将进行实验测定

7、搅拌器转速，并与ANSYS分析数据对比，从而进一步修正实验数据和分析数据，为设计高效节能搅拌器最佳的转速、槽径、挡板个数及有无挡板的确定奠定基础。第37卷第2期化工机械175表1不同的接点上提取的数据l2713-0．96000．12002708—0．96000．320021881—0．84000．12002046一O．84000．320031884—0．72000．12001535—0．71990．320141887-0．60000．12001532—0．55590．317251890—0．48000．12001121—0．40200．31486

8、1893-0．36()0O．12001120—0．29060．316671896-0。24000．12001116—0．14480．31