基于cfd软件的搅拌罐开发和优化论文73899

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1、基于CFD软件的搅拌罐开发和优化论文73899本文由lhd11211988贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。基于CFD软件的搅拌罐开发和优化摘要：拌罐在造纸、化工、石化、制药、食品加工和生物化工等领域有着广泛的应用。在反应器的放大和设计中，因为反应器内单相和多相流体流动都很复杂,研究者多采用一些无因次全局参数和基于全局值的经验、半经验关联式，流体力学的数学模型还需要深入。为了充分了解搅拌罐内的流动特性，本文在计算流力学理论（CFD）的基础上，对搅拌罐内的流动特性进行了初步的数值研究。选用多重参考系法对搅拌桨进行模拟。在不同桨叶半径和不同转速

2、对搅拌罐内的搅拌特性进行模拟分析。通过模拟结果的比较得出搅拌的最佳优化结果。关键词：搅拌罐关键词数值模拟计算流体力学1.前言搅拌混合是化工工业过程中最常见，也是最重要的单元操作之一，其主要目的是加速体系传质或传热过程。对机械搅拌混合设备而言，机械能通过旋转中的搅拌叶轮转化为流体的动能，从而形成槽内的整体流动，完成传质及传热过程。对搅拌设备内流场的测量往往只能获得一些局部的信息，而且流场测量的实验装置一般比较昂贵，实验过程比较费时。对某些过程有时是无法进行实验测量的。近年来，随着技术的发展，利用数值模拟的方法获得搅拌罐内的流动与混合信息已经成为现实[1]。利用数值模拟方法可以节省大量的研究经费，

3、而且可以获得许多实验手段所不能得到的数据，CFD技术的出现极大地促进了搅拌混合研究。CFD可以模拟在不同搅拌桨的型式、尺寸和离底距离等条件下，流场对混合、悬浮和分散等过程的影响。流动、能量耗散等的计算可视化，可以直观地了解槽内的混合情况，确定已存在系统中问题所在，并进行搅拌器的优化设计，消除死区，确定加料口位置等。针对这个问题有几种不同的模型方法：黑箱模型法，内外叠代法，多重参考系法，滑移网格法，大窝模拟法等[2]。多重参考系法与滑移网格法的计算结果在稳态的模拟上，保持了较好的一致性[3-4]，而前者节省了大约一个数量级的计算时间。因此本文主要利用CFD分析软件FLUENT软件，采用多重参考系

4、法对搅拌罐内流动混合过程进行分析模拟计算。在不同桨叶半径和不同转速下对搅拌罐内的搅拌特性进行模拟分析。2.模型的建立和网格的划分2.1计算区域和网格划分本文采用一个二维模型来模拟搅拌问题，采用的是桨叶与排除流区的一个截面，本研究中使用多重参考系模型，搅拌流体为水，不可压缩牛顿流体，研究体系为定常流动。网格划分如图1所示：边界条件：由于搅拌器的特殊结构，流体流动时没有主流区，即没有进、出口边界条件。在计算时只用到了多重参考系边界条件和固体壁面边界条件。边界条件如图1所示。图1计算区域及网格划分图2.2控制方程流体运动的基本方程组是连续性方程和运动方程。在层流情况下，运动方程中的应力项可以根据牛顿

5、本构方程写成速度梯度形式，联立质量守恒方程就可以求解。连续性方程：?ρ?+(ρui)=0?t?xi(1)运动方程：????(ρui)+(ρuiuj)=?+?t?xj?xi?xj???u?uj2?uj??μ?i+???xj?xi3?xj???????+(?ρuiuj)????xj?(2)3.数值模拟结果分析3.1改变桨径的数值模拟计算结果分析（1）流体速度矢量比较为了观察了解流体流动，绘制速度矢量图是必不可少的，通过速度矢量图可以简单明了地看到流体的流动规律。搅拌桨局部区域速度矢量放大图：(a)D=20cm(b)D=30cm(c)D=40cm图2流体速度矢量比较图(d)D=50cm通过这几组图的

6、对比可以看出速度矢量的一致性越来越好。也就是其混合效果越来越好。（2）速度x—y曲线比较下图是速度x--t分布图，可以直观反应流体在流动区域内的流动特性，可以直观的比较各种工况。0.050.040.080.070.060.05速度(m/s)速度(m/s)0.10.20.30.40.50.030.020.010.000.040.030.020.010.00-0.010.100.150.200.250.300.350.400.450.500.55沿程长度/m沿程长度/m(a)D=20cm(b)D=30cm0.100.080.140.120.10速度(m/s)速度(m/s)0.060.040.020

7、.000.200.250.300.350.400.450.500.080.060.040.020.00-0.020.250.300.350.400.450.50沿程长度/m沿程长度/m(c)D=40cm图3速度x—y曲线图(d)D=50cm这组图更能直观的看出速度矢量的平缓性越来越好。也就是说直径最大的这组数据在此是最好的。下面我们就采用这组数据继续分析。3.2改变转速的数值模拟计算结果分析这部分