臥式雙軸攪拌釜數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、適用于高粘度流體的臥式雙軸攪拌設(shè)備廣泛應(yīng)用于化工、食品、特別是聚合反應(yīng)等行業(yè)中,但該類設(shè)備的理論研究仍然非常匱乏,因此非常有必要理論研究攪拌器的性能并分析其對(duì)設(shè)備的影響。
　　本文通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法,采用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)結(jié)合Realizablek-ε湍流模型,分析了不同攪拌速度時(shí)多相流中壓強(qiáng)和速度場(chǎng)對(duì)重力的靈敏性。結(jié)果表明:在足夠小(<0.03104)的弗雷德數(shù)(Fr=?2Di/g)條件下,壓強(qiáng)對(duì)重力非常靈敏;然而,當(dāng)弗雷德

2、數(shù)大于或等于這個(gè)值(0.03104)時(shí),壓強(qiáng)由慣性控制而非重力。與壓強(qiáng)相比,速度場(chǎng)受雷諾數(shù)的影響更大。
　　本文通過(guò)CFD方法,發(fā)展了一種統(tǒng)計(jì)定量評(píng)價(jià)方法,研究了D-T型臥式雙軸攪拌混合釜中的壓強(qiáng)、三維速度場(chǎng)、湍流動(dòng)力學(xué)能的分布,分析了攪拌速度對(duì)它們的影響。計(jì)算結(jié)果表明:在較低的攪拌速度時(shí),相對(duì)壓強(qiáng)沿重力方向有規(guī)律的增加,而在較高的攪拌速度時(shí),壓強(qiáng)分布變得不均勻;盡管攪拌混合釜的物理結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的,其流場(chǎng)只有在邊界條件對(duì)稱的條件下才

3、是對(duì)稱的;推進(jìn)葉片和攪拌桿的數(shù)目對(duì)湍流的形成影響較小,湍流受攪拌速度影響較大。
　　與D-T型臥式雙軸攪拌混合釜相比,設(shè)計(jì)了星型臥式雙軸攪拌混合釜以克服前者存在的缺乏軸向推力的不足。通過(guò)CFD方法,應(yīng)用大渦模擬(LES)結(jié)合動(dòng)網(wǎng)格技術(shù),對(duì)釜內(nèi)壓強(qiáng)、三維速度場(chǎng)的分布進(jìn)行了詳細(xì)的解析,并深入分析了粘度對(duì)它們的影響。結(jié)果表明:不同粘度時(shí),相對(duì)壓強(qiáng)分布差異較大;隨著轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn),流體形成旋轉(zhuǎn)流,主攪拌軸和清理軸形成的旋轉(zhuǎn)流在兩個(gè)轉(zhuǎn)軸交叉的區(qū)

4、域相互交融;隨著粘度增加,軸向流動(dòng)減弱。
　　采用PIV實(shí)驗(yàn)技術(shù),通過(guò)篩選出合適的示蹤粒子,對(duì)可視化星型攪拌混合設(shè)備中的速度場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采用熒光示蹤粒子,結(jié)合截止濾光片,能獲得較清晰的圖像,但只在低粘度時(shí)獲得了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,本文對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了計(jì)算模擬。
　　本文通過(guò)示蹤法,結(jié)合二值化技術(shù)等現(xiàn)代圖像處理技術(shù),實(shí)驗(yàn)分析了星型攪拌混合設(shè)備在不同持液量、粘度、攪拌速度等條件下的混合時(shí)間,在實(shí)驗(yàn)條件下得出了通用