基于Fluent的圆盘涡轮搅拌器搅拌釜内流场测试及数值模拟.pdf

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1、2一■论文广场石20油和化工设备一14年第17卷基于Fluent的圆盘涡轮搅拌器搅拌釜内流场测试及数值模拟石亚超，李伟敏，倪安国，杨子江(1．江苏省安全生产科学研究院，江苏南京210042)(2．中粮米业(盐城)有限公司，江苏盐城22440)[摘要]基于搅拌实验与数值模拟相结合的方法，分析了圆盘涡轮搅拌器搅拌流场的特征和和变化规律，分别计算了两种方法不同搅拌工况下搅拌扭矩及搅拌功率的大小，确定了两种方法的误差范围结果表明：利用数值模拟方法得到的搅拌扭矩值与实验值有着很好的跟随性，两种方法的误差在允许范围内。通过数值模拟可清晰地表达搅拌釜内的流场分布

2、和变化情况，其结果可为进行其它类型搅拌器的研究奠定基础。[关键词]涡轮搅拌器；搅拌釜；数值模拟；流场分析搅拌操作是工业生产中常见的一种重要单元实验采用的涡轮搅拌器的结构尺寸如表1所操作，是工业反应过程的重要环节。搅拌设备[1广示。涡轮搅拌器三维视图如图1所示，搅拌釜的结泛应用于石油化工、冶金、食品、医药、废水处构简图如图2所示。理等行业中。搅拌过程本质上是在一个流动场体系内进行的一个传质、传能(热)或化学反应的复杂过程。搅拌器是以叶片旋转输送流体的一种机械，是搅拌设备的核心组件，其作用是提供反应过程所需要的能量和适宜的流动状态。搅拌器的结构形式直接

3、决定着搅拌流场的形式和搅拌效果的好坏。搅拌器的改进和开发往往从搅拌槽的流场入手。1圆盘涡轮搅拌器圆盘涡轮式搅拌器是目前工业上应用较广的一种搅拌器型式，它能有效地完成几乎所有的搅拌操作，并能处理黏度范围很广的流体。涡轮式搅拌器有较大的剪切力，可使流体微团分散得很细，适用于低黏度到中等黏度流体的混合、气液分散和固液悬浮等。本文结合特定搅拌实验台的实验数据及相关文献l，运用计算流体力学软件Fluent6．0，对闭式涡轮搅拌器的搅拌釜内腔流场分布情况进行了图l圆盘涡轮搅拌器实体模型数值模拟，分析了搅拌功率、速度分布以及浓度分布的变化情况，分析其搅拌效率，从

4、而为实际生产中搅拌器和搅拌设备的结构优化和设计提供作者简介：石亚超(1982一)，男，河南汝州人，工学硕士，工程师。在江苏省安全生产科学研究院任安全工程师。参数及有效的分析方法或模型。第11期石亚超等基于Flue的圆盘涡轮搅拌器搅拌釜内流场测试及数值模拟一j一参考，并验证数值计算过程的有效性。方法预测目标搅拌流场内搅拌功率的变化情况。表2实验法测不同工况下搅拌轴的扭矩值(N·m)＼(r。s)l23456h。＼l50O．1O．25O．450．751．153．22000．1O．250．45O．751．153．2250O．10．25O．45O．851．1

5、53．33000．1O．25O．45O．851．153．2由于该实验用搅拌釜的容积较小，液面高度的变化对搅拌扭矩的影响较小。选定液面高度为500mm，标准工况下，测定温度T为10℃(283K)，在搅拌器的不同安装高度(h。)、不同转速(N)下，通图7搅拌轴扭矩实验值与模拟值比较过扭矩传感器测定搅拌轴扭矩(M)的大小。首先确定搅拌器的安装高度h。，然后利用电机变频器调节4结论搅拌器的搅拌转速N，测定搅拌轴的扭矩M，见表(1)采用FLUENT~够直观显示搅拌设备内流2所示，同时观察并记录流场的变化情况。场的流动情况，MRF模型能够准确地模拟出搅拌3．4

6、数值计算结果设备。运用计算流体力学软件对搅拌釜内流场进在数值模拟过程中，搅拌器的受力只考虑压行数值计算，可以减少设计和实验的盲目性，对力与粘性力，同时将二者的力矩之和作为搅拌轴实际流场的预测具有一定的借鉴意义。所受的扭矩，并未考虑其他影响因素，如轴封处(2)针对特定的圆盘涡轮搅拌器，分别采用实验的摩擦损失、搅拌器在转动时的径向跳动量等。法和数值模拟法，在不同工况下，获得了搅拌轴所因此，数值计算的结果相对于实验值会偏小。表3需要的扭矩值，进而可得出搅拌功率的大小，进一为数值模拟计算不同工况下搅拌轴的扭矩值。步可描述不同工况下搅拌功率的变化情况。表3数

7、值模拟计算不同工况下搅拌轴的扭矩值(N·m)(3)在同一工况下，数值模拟结果对实验结果(r‘s。。)有着很好的跟随性，误差在允许范围之内，证明h。(＼12345了数值模拟计算方法的有效性，为进行其它类型15O0．050O．17O．370．651．14搅拌器的研究奠定了基础。2OO0．050O．200．40O．671．15◆参考文献25O0．0500．22O．43O．731．15[1]王凯，虞军．搅拌设备[M]．北京：化学工业出版社，2003．3000．0500．24O．44O．781．15【2]郑瑜，刘雪东，刘文明．闭式涡轮搅拌器搅拌釜内流场的数值

8、模拟[J]．化工机械，2009，37(2)：197—200．3．5实验结果与数值模拟结果比较[3]张勇震，韩振为．计算流体