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基于不同间距的双层搅拌器流场及功率的数值研究

来源:[db:来源] 编辑:admin 时间:2017-10-16

  1引言

  搅拌器被广泛应用于化工、冶金、生化、食品等许多工业过程中。搅拌更是化工混合、传递、反应的主要过程之一,因此充分掌握搅拌槽内的流体分布等规律对搅拌器的性能优化设计具有重大的意义。CFD软件可以计算沉淀搅拌槽搅拌装置中的搅拌器在不同条件下,对流场内溶液和浆体颗粒的分散、混合、悬浮等过程的影响。丰富的后处理功能,让使用者能够直观地观察流场内的流动及混合情况,帮助使用者找出搅拌装置中的缺陷,辅助使用者对搅拌装置的结构进行优化设计。本文运用计算流体软件FlueW模拟出在相同的外在条件下(同样茹度,同样搅拌槽形状、同样桨叶、同样转速等)来分析搅拌器上下层不同间距对流场的影响。

  2上下层搅拌器不同间距对流场分析

  2.1铅垂面速度分布与对比

  为了分析上下层搅拌器不同间距对流场的影响,在搅拌转速为34 r/min,浆体颗粒体积分数C,.=19.520}0,浆体颗粒平均直径4=12.88 N,m的条件下,选用上下层搅拌器的间距分别为300 mm,600 mm,900 mm,分析其宏观流动特性。

  三个模型的流场流动情况基本一致,其差异主要体现在搅拌器的桨叶两端的循环高度和大小的不同。

  三个模型下层的锚式搅拌器下方均存在不同大小的流动死区。其中,流动死区范围最小,随着上层搅拌器和下层搅拌器距离的增加,该区域的流动死区逐渐变小。并且在铅垂面上,锚式搅拌器的内部流体速度相对较低,该区域的大小也是随着上层搅拌器和下层搅拌器的距离的增加而变小。

  综上所述,在铅垂平面上,模型三的流体流动情况最好。2.2水平面速度分布与对比。

  为了对比三种不同模型对水平面速度场的影响,所以三种模型均在H=1.5 m处截取水平面,然后分析在这个水平面处的速度常变化,图4为H=1.5 m处的速度矢量图,图5为H=1.5 m处的速度云图。

  在水平面上,流体经过中心轴加速,以射流的形式撞向槽壁,然后往里流动,形成了一个涡流。在锚式搅拌器桨叶的内部区域的流体流速要低于锚式搅拌器桨叶外部的流体流速,该区域的大小依次呈降低的趋势。

  在水平面上无流动死区,说明挡板与槽壁留一定的间隙,有利于流体在水平方向上的流动。在桨叶内部区域且靠近中心轴的区域流体流速较低,模型三在该区域的大小最小,流速大的区域最大,流体的流动情况最好。

  综上所述,在水平面上,模型三的流体流动一情况最佳。

  3结论

  通过对搅拌槽内的流场进行了数值模拟,分析了在双层搅拌器中,上下层搅拌器的不同间距对流场的影响。通过对三种模型进行分析与对比后发现,双层搅拌器中上下层搅拌器间距为900 mm时,在铅垂面和水平面的流场情况最优,其搅拌死区最小;搅拌所消耗的功率最少。结果数据还显不随着上层搅拌器和下层搅拌器距离的增加,锚式搅拌器在铅垂面下方区域的流动死区逐渐变小;搅拌器内部流速低的区域也逐渐变小。



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