攪拌反應(yīng)器流場(chǎng)與動(dòng)力性能的模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、攪拌反應(yīng)器是一種在過(guò)程工業(yè)中廣泛應(yīng)用的反應(yīng)器類型，并且在化學(xué)化工等領(lǐng)域占有主導(dǎo)地位，長(zhǎng)期以來(lái)，各國(guó)學(xué)者對(duì)攪拌槽流場(chǎng)的特性進(jìn)行了許多深入的研究，越來(lái)越多的學(xué)者認(rèn)識(shí)到準(zhǔn)確獲取反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)信息對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)、開發(fā)新型攪拌反應(yīng)器是十分重要的。 本文首先對(duì)一種攪拌反應(yīng)器(分別裝有平直葉槳和45°傾角折葉槳兩種槳葉)的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行考察，用PIV系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)驗(yàn)證FLUENT模擬結(jié)果的可靠性。然后再進(jìn)一步使用FLUENT軟件對(duì)流場(chǎng)的宏觀規(guī)律

2、、速度特性、湍動(dòng)性能、剪切性能、功率消耗等特性參數(shù)進(jìn)行研究分析，得出如下結(jié)論： 1.通過(guò)對(duì)攪拌槽內(nèi)流場(chǎng)的宏觀規(guī)律、速度特性的定性、定量分析，結(jié)果顯示兩種方法得到的流場(chǎng)特性和數(shù)據(jù)曲線基本吻合，說(shuō)明本文采用的數(shù)值模擬方法可行，結(jié)果可靠。在模擬過(guò)程中所選用的MRF流場(chǎng)處理方法、RNG k-ε湍流模型、邊界條件的設(shè)置對(duì)于攪拌反應(yīng)器的流場(chǎng)分析具有良好的適應(yīng)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(xiàn)了對(duì)流體的不同作用：徑向流的平直葉槳主要是對(duì)流體起剪切作用，軸向流的45°傾角折葉槳主要是對(duì)流體起循環(huán)作用。 3.攪拌槽內(nèi)的湍流動(dòng)能主要產(chǎn)生于攪拌槳葉區(qū)域，湍流動(dòng)能也集中耗散在這些區(qū)域，說(shuō)明這些區(qū)域湍動(dòng)程度比較高，混合效果比較好。而且平直葉槳的湍動(dòng)性能明顯好于45°角折葉槳，說(shuō)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(nèi)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(lái)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(duì)于平直葉槳可以節(jié)省將近40﹪的功率消耗，顯然在經(jīng)濟(jì)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(chǎn)生徑向流，剪切作用大，湍動(dòng)程度高，有利于攪拌槽內(nèi)物料的破碎、分散，屬于剪切型槳葉；45°傾角折葉槳主要產(chǎn)生軸向流，整體循環(huán)能力強(qiáng)，功率消耗相對(duì)少