阻力系數(shù)對(duì)固-液攪拌槽內(nèi)流動(dòng)特性影響的數(shù)值模擬.pdf

1、固-液兩相流是各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的體系，兩相流系統(tǒng)本身比較復(fù)雜，既有連續(xù)相又有分散相，且兩相之間相互作用，相互影響[1]。
　　 相對(duì)于單相流，由于測(cè)試手段的限制，兩相流的研究還不充分，很多工程的設(shè)計(jì)、反應(yīng)器的放大都是基于實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。近年來(lái)，除了對(duì)兩相體系進(jìn)行深入、系統(tǒng)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究外，越來(lái)越多的科研人員對(duì)基于數(shù)學(xué)模型的數(shù)值模擬展開(kāi)了研究。數(shù)值模擬可以降低研究成本，同時(shí)也能得到更多的關(guān)于流動(dòng)特性的詳細(xì)信息。另一

2、方面，數(shù)值模擬計(jì)算可以有效地求解兩相流體系流動(dòng)的偏微分方程模型，以認(rèn)識(shí)兩相體系的流體力學(xué)過(guò)程機(jī)理。
　　 多相流模擬中相間作用力的表達(dá)多基于對(duì)單個(gè)顆粒在液體中的受力情況研究，但對(duì)于高濃度分散相體系來(lái)說(shuō)，對(duì)顆粒群的認(rèn)識(shí)和研究則顯得極為重要，目前這方面的研究還很不充分。目前多數(shù)研究認(rèn)為曳力在兩相相互作用過(guò)程中占據(jù)主導(dǎo)地位，在模擬計(jì)算過(guò)程中只有當(dāng)分散相顆粒密度小于連續(xù)相流體密度時(shí)，考慮附加質(zhì)量力、橫向升力才有意義，因此本工作中，只考慮

3、曳力，忽略其他相間作用力。不可否認(rèn)的是，單顆粒受力及運(yùn)動(dòng)行為的研究是認(rèn)識(shí)顆粒群行為的基礎(chǔ)，但是如何將單顆粒運(yùn)動(dòng)的規(guī)律準(zhǔn)確放大應(yīng)用于宏觀(guān)尺度的多相流動(dòng)是目前多相流數(shù)值模擬的難點(diǎn)和關(guān)鍵所在。
　　 本文研究了不同曳力模型對(duì)固-液攪拌方槽內(nèi)流場(chǎng)特性模擬結(jié)果的影響。采用CFD自帶的SchillerNaumann、WenYu曳力模型及修正后的HKL模型，計(jì)算了固體顆粒濃度在0.2％-15％范圍內(nèi)變化時(shí)的液相時(shí)均流場(chǎng)及固體顆粒濃度對(duì)速度衰減

4、的影響。研究結(jié)果表明:SchillerNaumann和WenYu曳力模型在預(yù)測(cè)近壁面流場(chǎng)及速度衰減情況的精準(zhǔn)性較差，和實(shí)驗(yàn)相差較大。HKL模型在顆粒濃度0-5％范圍內(nèi)得到了和實(shí)驗(yàn)近壁區(qū)相近的速度分布及衰減趨勢(shì)。在低濃度（φ＜5％）固-液體系模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常接近的基礎(chǔ)上，本文預(yù)測(cè)了顆粒濃度為10％和15％時(shí)近壁面時(shí)均速度場(chǎng)分布及液相速度衰減情況，HKL曳力模型模擬得到的軸向速度和顆粒濃度之間的關(guān)系在近壁7mm和近壁2mm分別為v/v