《基于cfd软件的搅拌罐开发和优化论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于cfd软件的搅拌罐开发和优化论文（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于基于 CFDCFD 软件的搅拌罐开发和优化论文软件的搅拌罐开发和优化论文基于 CFD 软件的搅拌罐开发和优化论文.txt 用快乐去奔跑，用心去倾听，用思维去发展，用努力去奋斗，用目标去衡量，用爱去生活。钱多钱少，常有就好！人老人少，健康就好！家贫家富，和睦就好。本文由 lhd11211988 贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。基于 CFD 软件的搅拌罐开发和优化摘要：拌罐在造纸、化工、石化、制药、食品加工和生物化工等领域有着广泛的 应用。在反应器的放大和设计中，因为反应器内单相和多相流体流动都很复杂, 研究者多采用一些无因次全局
2、参数和基于全局值的经验、半经验关联式，流体力 学的数学模型还需要深入。为了充分了解搅拌罐内的流动特性，本文在计算流力 学理论（CFD）的基础上，对搅拌罐内的流动特性进行了初步的数值研究。选用 多重参考系法对搅拌桨进行模拟。 在不同桨叶半径和不同转速对搅拌罐内的搅拌 特性进行模拟分析。通过模拟结果的比较得出搅拌的最佳优化结果。 关键词：搅拌罐 关键词 数值模拟 计算流体力学1.前言搅拌混合是化工工业过程中最常见，也是最重要的单元操作之一，其主要目 的是加速体系传质或传热过程。对机械搅拌混合设备而言，机械能通过旋转中的 搅拌叶轮转化为流体的动能，从而形成槽内的整体流动，完成传质及传热过程。 对搅拌
3、设备内流场的测量往往只能获得一些局部的信息， 而且流场测量的实 验装置一般比较昂贵，实验过程比较费时。对某些过程有时是无法进行实验测量 的。近年来，随着技术的发展，利用数值模拟的方法获得搅拌罐内的流动与混合 信息已经成为现实1。利用数值模拟方法可以节省大量的研究经费，而且可以获 得许多实验手段所不能得到的数据，CFD 技术的出现极大地促进了搅拌混合研 究。CFD 可以模拟在不同搅拌桨的型式、尺寸和离底距离等条件下，流场对混 合、悬浮和分散等过程的影响。流动、能量耗散等的计算可视化，可以直观地了 解槽内的混合情况，确定已存在系统中问题所在，并进行搅拌器的优化设计，消 除死区，确定加料口位置等。
4、针对这个问题有几种不同的模型方法：黑箱模型法，内外叠代法，多重参考 系法，滑移网格法，大窝模拟法等2。多重参考系法与滑移网格法的计算结果在 稳态的模拟上，保持了较好的一致性3-4，而前者节省了大约一个数量级的计算 时间。因此本文主要利用 CFD 分析软件 FLUENT 软件，采用多重参考系法 对搅拌罐内流动混合过程进行分析模拟计算。 在不同桨叶半径和不同转速下对搅 拌罐内的搅拌特性进行模拟分析。2.模型的建立和网格的划分2.1 计算区域和网格划分 本文采用一个二维模型来模拟搅拌问题，采用的是桨叶与排除流区的一个截 面，本研究中使用多重参考系模型，搅拌流体为水，不可压缩牛顿流体，研究体 系为定常
5、流动。网格划分如图 1 所示：边界条件：由于搅拌器的特殊结构，流体流动时没有主流区，即没有进、出 口边界条件。在计算时只用到了多重参考系边界条件和固体壁面边界条件。边界 条件如图 1 所示。图 1 计算区域及网格划分图2.2 控制方程 流体运动的基本方程组是连续性方程和运动方程。在层流情况下，运动方 程中的应力项可以根据牛顿本构方程写成速度梯度形式， 联立质量守恒方程就可 以求解。连续性方程： ? ? + ( ui ) = 0 ?t ?xi(1)运动方程： ? ? ? ? ( ui ) + ( uiu j ) = ? + ?t ?x j ?xi ?x j ? ? ?u ?u j 2?u j ?
6、 ? ? i + ? ? ?x j ?xi 3?x j ? ? ? ? ? + ( ? uiu j ) ? ? ? ?x j ?(2)3.数值模拟结果分析3.1 改变桨径的数值模拟计算结果分析 （1）流体速度矢量比较 为了观察了解流体流动，绘制速度矢量图是必不可少的，通过速度矢量图可以简 单明了地看到流体的流动规律。 搅拌桨局部区域速度矢量放大图：(a) D=20cm(b) D=30cm(c) D=40cm图 2 流体速度矢量比较图(d) D=50cm通过这几组图的对比可以看出速度矢量的一致性越来越好。 也就是其混合效 果越来越好。 （2）速度 xy 曲线比较 下图是速度 x-t 分布图，可以
7、直观反应流体在流动区域内的流动特性，可以 直观的比较各种工况。0.05 0.040.08 0.07 0.06 0.05速度(m/s)速度(m/s)0.1 0.2 0.3 0.4 0.50.03 0.02 0.01 0.000.04 0.03 0.02 0.01 0.00 -0.01 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55沿程长度/m沿程长度/m(a) D=20cm(b) D=30cm0.10 0.080.14 0.12 0.10速度(m/s)速度(m/s)0.06 0.04 0.02 0.00 0.20 0.25 0.30 0.35
8、0.40 0.45 0.500.08 0.06 0.04 0.02 0.00 -0.02 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50沿程长度/m沿程长度/m(c) D=40cm图 3 速度 xy 曲线图(d) D=50cm这组图更能直观的看出速度矢量的平缓性越来越好。 也就是说直径最大的这 组数据在此是最好的。下面我们就采用这组数据继续分析。 3.2 改变转速的数值模拟计算结果分析 这部分是针对上面的比较结果，选取的 D=50cm 的最优方案进行进一步的分 析比较。下面的几组图都是在此基础上（w=0.5rad/s）增大转速的比较，所以这 里不把起初情况作对比，只比较其他两个工况
9、，(w=2.5rad/s 和 w=5rad/s)，第一 工况在前面已有说明。 （1）流体速度矢量比较(a) w=2.5rad/s图 4 流体速度矢量比较图(b) w=5.0rad/s（2）速度 xy 曲线比较0.7 0.6 0.5 0.41.4 1.2 1.0 0.8速度（m/s）速度（m/s）0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.500.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50沿程长度/m沿程长度/m(a) w=2.5rad/s图 5 速度 xy 曲线图(b) w=5rad/s图
10、 5 更能直观的看出速度矢量的平缓性越来越好。 也就是说转速最大的这组 数据在此是最好的。4 结论（1）通过对模拟结果的对比可以看出，利用多重参考系模型可以较为准确地模 拟出搅拌器的搅拌特性，并模拟搅拌罐内流动场的分布。 （2）通过数值模拟分析可以清楚地看出来，增大了半径可以看出来速度在搅拌 设备内的分布越来越好，使得在各个区域的速度都能达到同步性，也就是说增大 半径使其搅拌效果得以提高。但是对于同以各容器并不是说半径越大越好。半径 越大也就增大了成本，同时对于安装也会带来一定麻烦。而且半径大了，在增大 转速的情况下会增大其本身的受力情况，从而降低其使用寿命。所以要选取合适 的桨径。 （3）选
11、取半径最大的继续分析，可以看出来增大转速也明显提高了搅拌混合的 效果。所以提高转速对搅拌也是有利的。但是也不能无限的增大下去。这样会增 大桨叶的受力，所以要选取合适的转速。 （4）在改变桨叶半径和转速后，混合效果比以前好。所以对于一定规格的搅拌 罐要选择适当的搅拌浆也要选择适当的桨叶半径和转速， 才能使其搅拌效果达到 最后，混合时间也最短。参考文献1 K.O. Peterson. Etude experimentale et numerique des ecoulement-sdiphasiques dans les reacteurs chimiquesD. LUni -versiteCla
12、ude Bernard，Lyon，1992. 2 李波，张庆文，洪厚胜，由涛.搅拌反应器中计算流体力学数值模拟的影响因 素研究进展J.化工进展，2009，28(1):7-12 3 Koh P T L，Schwarz M P. CFD Modelling of bubble-particle attachments in flotation cellJ. Minerals Engineering，2006，19（6-8） ：619-6264 Koh P T L，Schwarz M P. Development of CFD models of mineral flotation cellsC.
13、Melbourne：Third International Conferenceon CFP in the Minerals and Process Industry，2003：171-176development and optimization of stirred tank with CFD software Abstract:stirred tank reactors are extensively used in a variety of industries like the paper and pulp, pharmaceutical, fine chemicals, food
14、industry, petroleum chemical engineering, pharmacy and biochemical engineering etc .In designing such reactors, since the turbulent three-dimensional flow of single or multiphase fluid is complex in stirred tanks ,researchers mostly use dimensionless global parameters and the experience、semi-empiric
15、al correlation based on global values, and mathematical modeling of hydrodynamic behavior are desired in depth.To fully understand the flow characteristics occurring in stirred tanks, this thesis is devoted to the above tasks on the basis of computational fluid dynamics (CFD),and a preliminary numer
16、ical study of the flow characteristics has been researched .In the paper, multi-reference frame (MRF) is used to simulate the impellers. The characteristics of stirred tank are studied at different radiuses of blade and rotate speed in this paper. According to comparing the result of the simulation, we can make out the best optimized result of the stirred tank. Key words: Stirred tank, numerical simulation, CFD1
