螺带-螺杆工业搅拌釜中高粘流体流场的CFD模拟计算

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高粘聚合体系的搅拌混合应用广泛,是聚合物合成工业中的关键,但采用实验方法难以得到其流场。螺带搅拌桨及螺带—螺杆组合搅拌桨能在整个搅拌釜内产生较强的搅拌作用,因此常被应用于高粘流体的混合和传热。 本文应用CFD商用软件ANSYS CFX模拟苯乙烯.聚苯乙烯溶液及高粘聚苯乙烯溶液体系在不同的螺带.螺杆组合搅拌桨搅拌下釜内的流场特征,对釜内的流场速度、剪切速率及液面形状进行了比较。计算模型中,搅拌釜上部为溶剂蒸汽(气相),下部为聚合物溶液(液相),气液两相分别采用不同的流场模型进行求解。在计算过程中将搅拌釜内的区域划分为旋转的搅拌桨区域和搅拌桨以外的釜区,对旋转区域的处理使用滑移网格法。 液相采用不同粘度的的高分子粘性流体,计算了不同搅拌桨组合下的流场特征,论证了双螺带.螺杆搅拌桨在高粘流体混合中的优越性,同时计算得到不同粘度和不同转速下搅拌釜内的液面形状、速度场和搅拌功率,为实际生产及工业优化提供了理论参考。同时,本文对聚合反应初始阶段,苯乙烯.聚苯乙烯溶液体系进行了计算,得到不同转化率时搅拌釜内的流场特征。 对双螺带.螺杆搅拌桨,本文分别模拟了比标准螺距更小和更大螺距下的流场特征,对釜内流体的速度进行比较,发现螺距的调整对流体速度的影响并不明显。 根据模拟计算结果,本文计算了双螺带—螺杆搅拌釜的功率准数,与文献中的实验值进行比较,误差在19%左右,验证了模拟结果的准确性。
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