臥式雙軸攪拌釜數(shù)值模擬與實驗研究.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設(shè)備的影響。
　　本文通過計算流體力學(xué)(CFD)方法,采用動網(wǎng)格技術(shù)結(jié)合Realizablek-ε湍流模型,分析了不同攪拌速度時多相流中壓強和速度場對重力的靈敏性。結(jié)果表明:在足夠小(<0.03104)的弗雷德數(shù)(Fr=?2Di/g)條件下,壓強對重力非常靈敏;然而,當(dāng)弗雷德

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

3、是對稱的;推進葉片和攪拌桿的數(shù)目對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CFD方法,應(yīng)用大渦模擬(LES)結(jié)合動網(wǎng)格技術(shù),對釜內(nèi)壓強、三維速度場的分布進行了詳細(xì)的解析,并深入分析了粘度對它們的影響。結(jié)果表明:不同粘度時,相對壓強分布差異較大;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)流在兩個轉(zhuǎn)軸交叉的區(qū)

4、域相互交融;隨著粘度增加,軸向流動減弱。
　　采用PIV實驗技術(shù),通過篩選出合適的示蹤粒子,對可視化星型攪拌混合設(shè)備中的速度場進行了實驗研究。實驗結(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,但只在低粘度時獲得了較好的實驗結(jié)果,本文對相關(guān)實驗進行了計算模擬。
　　本文通過示蹤法,結(jié)合二值化技術(shù)等現(xiàn)代圖像處理技術(shù),實驗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間,在實驗條件下得出了通用