應(yīng)用CFD模擬DTB結(jié)晶器內(nèi)的流體混合過(guò)程.pdf

1、DTB型結(jié)晶器于50年代末出現(xiàn)的一種效能較高的結(jié)晶器，由于這種結(jié)晶器設(shè)有導(dǎo)流桶，形成了典型的晶漿內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，混合能效更佳。大多數(shù)結(jié)晶過(guò)程的研究把結(jié)晶器操作假設(shè)為完全混合懸浮、完全混合排出(MSMPR)型結(jié)晶器，但是在大型結(jié)晶過(guò)程中，結(jié)晶器內(nèi)的結(jié)晶幾乎不可能達(dá)MSMPR要求的條件，因此實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)晶體產(chǎn)品顆粒尺寸分布。近幾十年大部分研究者關(guān)注于影響工業(yè)結(jié)晶的參數(shù)-晶體成長(zhǎng)和成核，很少關(guān)注于固體懸浮對(duì)結(jié)晶的影響。據(jù)報(bào)道，操作

2、條件（混合強(qiáng)度和出料位置）對(duì)連續(xù)結(jié)晶過(guò)程中顆粒尺寸分布有很大的影響，并且不同的操作條件（混合強(qiáng)度和尺寸顆粒）在結(jié)晶器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生不同的顆粒體積分布。但是，這些信息被很少報(bào)道，因?yàn)榻Y(jié)晶器內(nèi)的顆粒分布很困難被測(cè)得，特別是在連續(xù)操作條件下。因此，如果更加清楚的了解結(jié)晶過(guò)程，并對(duì)結(jié)晶的操作條件做出正確的選擇，必須對(duì)結(jié)晶器內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)和固體懸浮狀態(tài)做進(jìn)一步了解。計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，CFD)是一種以

3、計(jì)算機(jī)為工具，通過(guò)對(duì)流體運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)值解法，研究流體在不同過(guò)程中的流動(dòng)狀態(tài)及其對(duì)流動(dòng)過(guò)程中所發(fā)生的傳質(zhì)、傳熱等過(guò)程的影響。近年來(lái)，計(jì)算流體力學(xué)(CFD)作為一種研究手段被大量用于模擬工業(yè)結(jié)晶過(guò)程。
　　 本文使用計(jì)算流體力學(xué)的方法，模擬研究了在連續(xù)操作狀態(tài)下結(jié)晶器內(nèi)晶體的懸浮狀態(tài)。主要內(nèi)容包括：采用歐拉-歐拉多相流模型，將溶液定義為連續(xù)相，將顆?？闯墒菙M流體，定義為分散相;采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型來(lái)模擬結(jié)晶器內(nèi)的湍流流場(chǎng)情況;而對(duì)

4、于連續(xù)相和分散相間的相間作用力，包括形體阻力和曳力，本文主要指曳力，用Schiller Naumann模型進(jìn)行描述。本研究將連續(xù)結(jié)晶過(guò)程的模擬簡(jiǎn)化為單一粒度晶體懸浮狀態(tài)的模擬。在CFD模擬中，設(shè)進(jìn)料液中有晶體帶入，代替結(jié)晶過(guò)程產(chǎn)生的晶體，考察了連續(xù)操作過(guò)程中顆粒尺寸、攪拌速度和出料位置對(duì)結(jié)晶器內(nèi)液相流速和顆粒體積分?jǐn)?shù)的影響。同時(shí)獲得結(jié)晶器內(nèi)流體動(dòng)力學(xué)分布、固體懸浮分布和顆粒粒徑分布，為研究結(jié)晶過(guò)程奠定了基礎(chǔ)，為結(jié)晶器設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。