论文部分内容阅读
搅拌槽反应器广泛应用于化工、食品、冶金、造纸、石油和水处理等工业过程,其中液-液混合搅拌操作最为常见。圆盘涡轮搅拌装置因其制造简单、混合效果好而在工业中广泛使用,其中折叶涡轮搅拌桨因其低能耗而备受青睐。然而,有关产品结构几何尺寸和搅拌转速等参数选取多是基于经验,使得研发的产品达不到预期的效果。为此,本文应用FLUENT软件,对涡轮桨搅拌槽内的搅拌特性进行模拟,获得了搅拌槽内的流体流动和混合的细观信息和流动规律,为其在工业中的选取和设计提供可靠的依据。本文选用多重参考系法对搅拌桨进行模拟。采用标准k-ε模型及将速度场与浓度场方程分开进行求解的方法,对工业中广泛应用的R-1型涡轮桨搅拌槽内的搅拌特性进行模拟分析。主要工作如下:对标准六直叶涡轮进行模拟,并与文献中提供的实验数据进行对比,模拟结果与实验结果一致,验证本文模拟方法的正确性。通过改变直叶涡轮搅拌桨与槽底距离,使得直叶涡轮搅拌槽内的流型由径向流转化为轴向流,将其混合特性与径向流型的混合特性进行对比,得出其混合时间数要比径向流型时的低大约32.7%。考察90°(轴向流动时)、60°、45°和30°涡轮桨搅拌槽不同监测点对混合效果的响应情况,发现液面的监测点混合时间稍长,桨叶部分的监测点混合时间最短,随着桨叶倾斜角度的增大,不同监测点混合时间差别变大;模拟研究60°和45°涡轮桨搅拌槽不同加料点和不同转速时对混合效果的影响,得到不同转速下的混合时间和消耗功率在双对数坐标系下呈直线关系;考察搅拌桨距槽底距离变化时,槽内搅拌流型以及速度矢量的分布和功率消耗情况,模拟结果表明,对于60°折叶涡轮搅拌槽,当搅拌桨距槽底距离与搅拌槽直径比C/T为0.241时,槽内流型发生转变,由径向流型转变为轴向流型。对45°折叶涡轮搅拌槽,当C/T为0.278时,槽内流型发生转变。当流型转变时,搅拌桨消耗功率达到最低;对桨叶在倾斜角度为90°、60°、45°和30°时的混合效果和不同监测点的混合响应曲线进行比较,得到45°折叶涡轮搅拌桨的单位体积混合能最低。本文的研究结果对工业搅拌反应器的选择使用与优化设计都具有一定的指导意义。