攪拌反應器流場與動力性能的模擬及實驗研究.pdf

1、攪拌反應器是一種在過程工業(yè)中廣泛應用的反應器類型，并且在化學化工等領域占有主導地位，長期以來，各國學者對攪拌槽流場的特性進行了許多深入的研究，越來越多的學者認識到準確獲取反應器內的流動信息對于優(yōu)化設計、開發(fā)新型攪拌反應器是十分重要的。 本文首先對一種攪拌反應器(分別裝有平直葉槳和45°傾角折葉槳兩種槳葉)的內部流場進行考察，用PIV系統(tǒng)的實驗結果來驗證FLUENT模擬結果的可靠性。然后再進一步使用FLUENT軟件對流場的宏觀規(guī)律

2、、速度特性、湍動性能、剪切性能、功率消耗等特性參數進行研究分析，得出如下結論： 1.通過對攪拌槽內流場的宏觀規(guī)律、速度特性的定性、定量分析，結果顯示兩種方法得到的流場特性和數據曲線基本吻合，說明本文采用的數值模擬方法可行，結果可靠。在模擬過程中所選用的MRF流場處理方法、RNG k-ε湍流模型、邊界條件的設置對于攪拌反應器的流場分析具有良好的適應性。 2.平直葉槳所形成的“雙循環(huán)流”和45°傾角折葉槳所形成的“整體循環(huán)流

3、”有明顯的差別，因此它們體現了對流體的不同作用：徑向流的平直葉槳主要是對流體起剪切作用，軸向流的45°傾角折葉槳主要是對流體起循環(huán)作用。 3.攪拌槽內的湍流動能主要產生于攪拌槳葉區(qū)域，湍流動能也集中耗散在這些區(qū)域，說明這些區(qū)域湍動程度比較高，混合效果比較好。而且平直葉槳的湍動性能明顯好于45°角折葉槳，說明平直葉槳的剪切、破碎、分散作用要好于45°傾角折葉槳。 4.攪拌槽內剪切作用主要發(fā)生在槳葉周邊，在槳葉區(qū)依靠剪切作用

4、來分散、充分混合物料，總體上平直葉槳的剪切率比45°傾角折葉槳的大得多，特別是在槳葉邊緣區(qū)域。 5.45°傾角折葉槳雖然剪切能力弱，但是相對于平直葉槳可以節(jié)省將近40﹪的功率消耗，顯然在經濟性上要優(yōu)于平直葉槳。 6.平直葉槳和45°傾角折葉槳具有不同的混合操作特性：平直葉槳主要產生徑向流，剪切作用大，湍動程度高，有利于攪拌槽內物料的破碎、分散，屬于剪切型槳葉；45°傾角折葉槳主要產生軸向流，整體循環(huán)能力強，功率消耗相對少