搅拌槽内多相流动特性的数值模拟研究

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搅拌装置作为能源、化工、医药、污水处理等领域的重要设备,其应用范围非常广泛。搅拌容器中的介质除了液相之外,实际应用情况中还存在着一定的固相或者气相,这使得搅拌槽内的流动多相化流场及性能特征难以预测。因此,为了让搅拌装置在能源消耗最低的情况下发挥出最好的搅拌效果,研究搅拌槽内多相混合的流动特性就显得特别有意义。根据国内及国际对这个领域的相关研究,发现目前径向搅拌器叶片参数对搅拌流场的影响方面研究较少,在颗粒参数对搅拌器性能的影响方面研究也不够深入,为此本文开展了如下工作:(1)在四种搅拌器转速工况下进行了搅拌槽内固液两相流动的数值模拟,发现转速越大,槽底颗粒堆积情况越少。但是转速太大,离心力太大,则会使得混合液固液分离,因此需找到一个临界转速,在此转速下搅拌槽内的固体颗粒正好处于均匀悬浮状态。(2)在临界转速下对四种叶片倾斜度及四种叶片宽度的搅拌器进行了计算,发现这两种参数与搅拌器所需功率成反比。但是搅拌器的倾斜度与宽度均存在较优选择,使得搅拌器在功率消耗不大的情况下混合效果得到很大提升。(3)对搅拌槽内四种固相颗粒粒径、四种颗粒密度的固液混合流体进行了数值模拟计算,得到其流场特性。发现颗粒粒径、密度的增大对搅拌效率的影响微乎甚微,但是对混合效果的影响却非常显著。相同转速下,随着颗粒直径和密度的增大,沉积到槽底的颗粒逐渐增多。(4)基于定常的数值模拟结果,对搅拌槽内非定常的流场进行了模拟计算。通过分析各个工况下搅拌槽内的压力脉动,发现在多种工况下,搅拌槽内各监测点的压力脉动主要集中在低频的区域内。搅拌槽内的压力脉动受转速变化的影响最大,其次是搅拌器几何参数的变化,对压力脉动的影响较小的是物料参数的变化。搅拌槽内各个部位,搅拌轴上靠近桨叶的位置与叶片端的波动最大,尤其在高频范围内,其压力脉动的变化十分明显。
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