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【摘要】本文主要针对稀土萃取混合室进料口压力仿真问题进行分析与研究，在FLUENT流体仿真软件基础上，针对不同搅拌桨安装高度与搅拌桨转速下混合室进料口压力值的变化依次加以仿真试验，并最终得到了两者和进料口压力值间存在的关联作用。
【关键词】稀土萃取；进料口；压力值；FLUENT
前言
稀土萃取槽的能耗主要由搅拌桨的转速、形状尺寸和混合液体比重决定。在保证混合室进料口抽力的前提下，尽量降低搅拌桨转速是减少能耗的有效手段。同时，计算流体软件FLUENT在稀土萃取混合室地三维流场数值模拟的运用被广泛认可，大大减少了试验成本。本文以赣州某公司的混合澄清萃取槽为对象，在现有基础上进行优化，只对搅拌桨安装高度和转速两条件进行仿真试验研究，得到降低设备能耗的方法。
一、压强速度耦合方法
计算流体力学仿真软件FLUENT具有丰富的物理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能。基于压力的求解器是FLUENT的一大优势。它是基于压力，使用的是压力修正算法，所求解的控制方程是标量形式，适于求解不可压缩流动。压力求解方法主要包括SIMPLE系列算法和PISO算法。因PISO算法优点在针对于所有的过渡流动计算的邻近校正，有其局限性。SIMPLE系列算法包括SIMPLE算法，以及其延伸的SIMPLEC算法、SIMPLER和SIMPLEST算法等，各有所长。其中，SIMPLE算法是FLUENT默认的算法，在工程实际中应用广泛。
二、几何模型和网格划分
以某公司工业萃取槽1∶2比例制作的小型萃取槽装置为研究对象。混合槽宽度BM=0.72m，其高度H'M=1m，有效（液面）高度HM=0.72m，方形槽内无挡板。搅拌桨安装高度为混合槽底部到叶轮中心高度位置，用Y表示。叶片的形状做成流线型是为了减少紊流，所以选择直板有棱角四直圆盘叶轮的更适合混合要求；叶片的排列方式为对准轴心的放射状，这样可满足大部分情况下的要求。采用非结构化正四面体对混合室进行划分。将混合室整体划分为桨叶动区域（网格密度为0.5）和混合室静区域（网格密度为1）两个部分。
三、FLUENT结果和分析
1、计算结果和数据分析
图2为搅拌浆安装高度14cm、搅拌浆转速120rpm时进料口压力分布图。如图2所示，混合室液体区被不同层次的颜色区分开，代表了不同的压力分布区域。左边纵列颜色块和参数范围分别对应图中混合室各区域和压力值域。图下方正中缺口处为混合室进料口，其指示面为进料口与混合室交汇压力值面。文中取进料口交汇压力值面附近压力值域的中值视为进料口压力值（取四位有效数字），得到不同搅拌桨安装高度下、不同搅拌桨转速下混合室进料口面中心压力值如下表1、表2。其中，X为7组进口面中心压力值数据的平均值，R为极差。
由两表1、表2对比可知。不同搅拌桨安装高度下进料口压力值点分别比较离散，其变化对压力影响很大。而相比较来说，不同搅拌桨转速下进料口压力值的点分布集中，规律性强，但其改变对压力值影响小。
2、压力值变化特性分析
将表1、表2数据导入MATLAB拟合成曲线图（图3）。其中，图3b为不同搅拌桨安装高度与进料口压力值数据拟合成的3次曲线、图3a为不同搅拌桨转速与进料口压力值数据拟合成的3次曲线。
a：不同搅拌桨转速下进料口压力值； b：不同搅拌桨安装高度下进料口压力值
图3不同条件下进料口压力值变化拟合曲线图
液体从前室通过进料口到混合室形成抽力是因为两者之间存在着压力差值。所以，由图3b可看出，当搅拌桨安装位置高度过小（小于13cm）时，搅拌桨叶底部紧靠着槽底，当液体进入到混合室的时候，液体直接作用在搅拌桨上，这种情况会产生负压但不会太大；而当安装高度为13cm～16cm时，距离拉开了，在搅拌桨的作用下液体会向槽壁扩散，刚好起到了一个缓冲的作用，形成良好的抽力效果，但随着距离增大抽力效果会逐渐减小，期间必存在一压力极小值；而当安装位置高度大于22cm时，距离槽底远，由搅拌桨产生的对进料口处的吸附力迅速减少，进料口压力也迅速减少。同时考虑到搅拌桨混合效果，文中安装高度值应在12cm～14cm中选取。
由图3a可看出，在转速小于120rpm左右时，随着转速的增加，进口压力值随之迅速减小。当转速大于120rpm左右时，进口压力又随着转速的增加而增大。主要原因是：搅拌桨转速较小时，搅拌产生的湍流循环小而缓，所以对进口的吸附压力小。
五、结束语
综上所述，本文所研究优化结果的试验和实施不增加企业设备优化成本，只需调整相应参数条件；试验研究过程利用FLUENT仿真软件，大大减少了实际试验费用，结果比较可靠。
参考文献：
[1]吴富姬，周雄军.稀土萃取混合澄清槽的放大设计研究[J].湿法冶金，2014，03：232-235.
[2]关贵清，肖顺根，林建平.稀土萃取过程中给料流量智能控制系统的设计[J].江南大学学报（自然科学版），2013，03：292-298.
[3]韩旗英.轻稀土萃取分离工艺技术经济评价[J].中国稀土学报，2013，04：399-404.
【关键词】稀土萃取；进料口；压力值；FLUENT
前言
稀土萃取槽的能耗主要由搅拌桨的转速、形状尺寸和混合液体比重决定。在保证混合室进料口抽力的前提下，尽量降低搅拌桨转速是减少能耗的有效手段。同时，计算流体软件FLUENT在稀土萃取混合室地三维流场数值模拟的运用被广泛认可，大大减少了试验成本。本文以赣州某公司的混合澄清萃取槽为对象，在现有基础上进行优化，只对搅拌桨安装高度和转速两条件进行仿真试验研究，得到降低设备能耗的方法。
一、压强速度耦合方法
计算流体力学仿真软件FLUENT具有丰富的物理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能。基于压力的求解器是FLUENT的一大优势。它是基于压力，使用的是压力修正算法，所求解的控制方程是标量形式，适于求解不可压缩流动。压力求解方法主要包括SIMPLE系列算法和PISO算法。因PISO算法优点在针对于所有的过渡流动计算的邻近校正，有其局限性。SIMPLE系列算法包括SIMPLE算法，以及其延伸的SIMPLEC算法、SIMPLER和SIMPLEST算法等，各有所长。其中，SIMPLE算法是FLUENT默认的算法，在工程实际中应用广泛。
二、几何模型和网格划分
以某公司工业萃取槽1∶2比例制作的小型萃取槽装置为研究对象。混合槽宽度BM=0.72m，其高度H'M=1m，有效（液面）高度HM=0.72m，方形槽内无挡板。搅拌桨安装高度为混合槽底部到叶轮中心高度位置，用Y表示。叶片的形状做成流线型是为了减少紊流，所以选择直板有棱角四直圆盘叶轮的更适合混合要求；叶片的排列方式为对准轴心的放射状，这样可满足大部分情况下的要求。采用非结构化正四面体对混合室进行划分。将混合室整体划分为桨叶动区域（网格密度为0.5）和混合室静区域（网格密度为1）两个部分。
三、FLUENT结果和分析
1、计算结果和数据分析
图2为搅拌浆安装高度14cm、搅拌浆转速120rpm时进料口压力分布图。如图2所示，混合室液体区被不同层次的颜色区分开，代表了不同的压力分布区域。左边纵列颜色块和参数范围分别对应图中混合室各区域和压力值域。图下方正中缺口处为混合室进料口，其指示面为进料口与混合室交汇压力值面。文中取进料口交汇压力值面附近压力值域的中值视为进料口压力值（取四位有效数字），得到不同搅拌桨安装高度下、不同搅拌桨转速下混合室进料口面中心压力值如下表1、表2。其中，X为7组进口面中心压力值数据的平均值，R为极差。
由两表1、表2对比可知。不同搅拌桨安装高度下进料口压力值点分别比较离散，其变化对压力影响很大。而相比较来说，不同搅拌桨转速下进料口压力值的点分布集中，规律性强，但其改变对压力值影响小。
2、压力值变化特性分析
将表1、表2数据导入MATLAB拟合成曲线图（图3）。其中，图3b为不同搅拌桨安装高度与进料口压力值数据拟合成的3次曲线、图3a为不同搅拌桨转速与进料口压力值数据拟合成的3次曲线。
a：不同搅拌桨转速下进料口压力值； b：不同搅拌桨安装高度下进料口压力值
图3不同条件下进料口压力值变化拟合曲线图
液体从前室通过进料口到混合室形成抽力是因为两者之间存在着压力差值。所以，由图3b可看出，当搅拌桨安装位置高度过小（小于13cm）时，搅拌桨叶底部紧靠着槽底，当液体进入到混合室的时候，液体直接作用在搅拌桨上，这种情况会产生负压但不会太大；而当安装高度为13cm～16cm时，距离拉开了，在搅拌桨的作用下液体会向槽壁扩散，刚好起到了一个缓冲的作用，形成良好的抽力效果，但随着距离增大抽力效果会逐渐减小，期间必存在一压力极小值；而当安装位置高度大于22cm时，距离槽底远，由搅拌桨产生的对进料口处的吸附力迅速减少，进料口压力也迅速减少。同时考虑到搅拌桨混合效果，文中安装高度值应在12cm～14cm中选取。
由图3a可看出，在转速小于120rpm左右时，随着转速的增加，进口压力值随之迅速减小。当转速大于120rpm左右时，进口压力又随着转速的增加而增大。主要原因是：搅拌桨转速较小时，搅拌产生的湍流循环小而缓，所以对进口的吸附压力小。
五、结束语
综上所述，本文所研究优化结果的试验和实施不增加企业设备优化成本，只需调整相应参数条件；试验研究过程利用FLUENT仿真软件，大大减少了实际试验费用，结果比较可靠。
参考文献：
[1]吴富姬，周雄军.稀土萃取混合澄清槽的放大设计研究[J].湿法冶金，2014，03：232-235.
[2]关贵清，肖顺根，林建平.稀土萃取过程中给料流量智能控制系统的设计[J].江南大学学报（自然科学版），2013，03：292-298.
[3]韩旗英.轻稀土萃取分离工艺技术经济评价[J].中国稀土学报，2013，04：399-404.