底部对数螺线挡板搅拌釜LDV实验和数值模拟.pdf

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1、石油和化工设备-10-论文广场2017年第20卷底部对数螺线挡板搅拌釜LDV实验和数值模拟诸士春，谢红笑，刘雪东（常州大学机械工程学院，江苏常州213164）[摘要]利用LDV实验与CFD数值模拟方法，研究了采用底部对数螺线挡板搅拌釜的流场特性，并与采用传统侧壁直立挡板和底部十字型挡板搅拌釜的流场进行了对比。结果表明：采用底部对数螺线挡板搅拌釜流场CFD数值模拟结果与LDV实验验证结果数值相近，吻合度高；采用底部对数螺线挡板的搅拌釜流场在轴向混合上得到强化；混合均匀所需时间明显缩短；搅拌功率较采用底部十字型挡板搅拌釜略有提高，但比采用传统侧壁直立挡板搅拌釜大

2、大降低。[关键词]搅拌容器；挡板；数值模拟；实验验证；LDV挡板属于搅拌釜的内构件，主要作用是破坏表1搅拌釜相关结构参数搅拌釜内有规律的旋转流动，增大搅拌釜轴向流参数数值和径向流，从而强化混合效果。国内外对于挡板罐体内径Di(mm)580[1-5]的研究大部分集中在侧壁直立挡板，然而这一液面高度H(mm)840类型挡板附近易形成漩涡，同时在釜底形成搅拌搅拌桨直径di(mm)290[6]死区；而对于搅拌釜底部挡板的研究较少，涉及转速n(r•min-1)100[7]的结构也较为单一，在流场特性、混合效果和能搅拌桨安装高度hj(mm)420耗上都需开展深入研究。挡

3、板厚度δ(mm)4本文利用激光多普勒测速系统（LaserDopplerVelocimetry，LDV）以及CFD数值模拟技术，对采集采用两个发射、接收探头，其中一个为二维安装底部对数螺线挡板的搅拌釜内流场进行测量探头，发射绿色（波长514.5nm）和蓝色（波长为和分析，研究采用这一新型底部异型挡板的搅拌488nm）两种光束，另一个为一维探头，发射紫釜流场特性和混合效果。同时，采用CFD数值模色（波长为476.5nm）光束。本实验仅使用二维发拟方法针对其它结构型式挡板进行流场分析，将射、接收探头即可满足实验目的。光学探头固定分析结果与底部对数螺线挡板进行对比，

4、以期为在三维坐标架系统上，其精确移动由计算机程序该类型底部异型挡板的进一步应用奠定必要的研控制，三个方向的位移精度均为0.01mm，行程为究基础和理论依据。600×600×600mm。实验中示踪粒子选用直径10-[8]75μm的白色空心玻璃珠，经实验该示踪粒子1搅拌流场的LDV测量对水具有很好的跟随性，适用于本实验的流场测1.1搅拌装置试。本实验所用搅拌釜体为带标准椭圆封头的圆搅拌筒体内部测量点的布置如图1所示，对液柱形罐体，采用透明性良好的有机玻璃制造，底面高度分别为370mm、440mm、510mm三个平面部对称安装四块对数螺线挡板。搅拌桨采用普通进行测

5、量，测量半径为150-290mm，平面内的测双直叶平浆，工作介质为水，相关结构参数见表点间距为10mm，每个平面共测量14个点。同时1。驱动搅拌桨旋转的电机连接有变频器，以便调在半径215mm处，液面高度为300-780mm的范围节搅拌转速。内，每隔20mm布置1个测点，共取24个点。1.2测量装置与方法本实验采用美国TSI公司的三维激光多普勒测速系统（LDV），激光器为美国Coherent（相干）作者简介：诸士春（1978—），男，江苏六合人，讲师，博士。研究方向为过程装备结构优化设计。公司的水冷氩离子激光器，最大功率为5W。数据第2期诸士春等底部对数螺线

6、挡板搅拌釜LDV实验和数值模拟-11-图2计算模型图1LDV实验搅拌装置及测量点分布2.4混合时间模拟2搅拌流场的CFD数值模拟搅拌混合时间数值分析时，首先以稳态流动2.1研究对象形式得到收敛流动场，然后在得到收敛流场的基础上采用SM法，打开混合模型，加入示踪剂。在以上述LDV测试实验中所用搅拌装置为研究已经收敛的流场中标定一部分体积分数为1的示踪对象建立CFD模型。为了方便分析底部异型挡板剂，在流场中标定一个监测点检测该物质的体积的流场特性，同时分别建立了另外两种不同挡板分数，Fluent会实时记录输出监测点的体积分数，结构的模型进行对比。除上述底部对数螺

7、线挡板从而得到不同时刻的示踪剂体积分数变化曲线。外，还有侧壁直立挡板和底部十字型挡板两种结在本次数值分析过程中，如图1所示，以搅拌釜内构，所有模型建立过程中的搅拌装置相关参数和点P（0，260，800）为圆心，定义直径为50mm的测量点参数与LDV实验中所涉及内容相同。球体区域，加入示踪剂NaCl，点M为监测点，示2.2网格划分-4踪剂混合均匀理论体积分数为2.87×10，当示踪在Gambit中进行建模，采用多重参考系法剂混合体积分数达到理论值±5%误差范围内即可（MRF）解决静止区域和搅拌桨转动区域之间的算混合均匀。[9]相对运动问题。建模过程中，将搅拌釜

8、内分成23结果与讨论个区域，包含搅拌桨的圆柱区域为动