偏心攪拌槽內(nèi)氣-液兩相流水力特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、攪拌槽在化工和水處理等行業(yè)是一種必不可少的流體混合設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)和工程應(yīng)用中發(fā)揮的作用不可替代；在攪拌作用下，槽內(nèi)的單相或多相混合介質(zhì)通過傳質(zhì)、傳熱作用可形成組分近乎均一的混合體系；因此，對(duì)攪拌槽內(nèi)的流體在運(yùn)動(dòng)過程中流場(chǎng)信息的變化特性進(jìn)行探究具有十分重要的意義。而與傳統(tǒng)的中心攪拌不同的是，偏心攪拌打破了槽內(nèi)流場(chǎng)的對(duì)稱性，可消除中心攪拌時(shí)繞軸形成的中心大漩渦，能達(dá)到添加擋板時(shí)的攪拌混合效果，并且促進(jìn)了各流層之間的對(duì)流作用、增強(qiáng)了湍流強(qiáng)度

2、。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)偏心攪拌槽相關(guān)課題的研究比較少；本研究用C F D方法，借助商用流體分析軟件Fluent15.0，湍流模型選用RNGk-ε模型，結(jié)合多相流模型V O F法，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Rushton槳偏心攪拌槽內(nèi)的氣-液兩相流混合水力特性進(jìn)行數(shù)值模擬研究，主要考察了偏心率和轉(zhuǎn)輪安裝高度兩個(gè)因素對(duì)槽內(nèi)流場(chǎng)特性和氣含率分布的影響；通過對(duì)各工況數(shù)模結(jié)果的定性分析和定量比較，得到的結(jié)論如下：
　?。?）模型驗(yàn)證一的比較結(jié)果表明，采用RNGk-ε

3、湍流模型能更準(zhǔn)確地對(duì)攪拌槽內(nèi)的氣-液兩相流進(jìn)行模擬；驗(yàn)證二用驗(yàn)證一所選定的計(jì)算模型模擬了雙層三葉CBY槳的安裝間距對(duì)中心攪拌槽內(nèi)流場(chǎng)特性的影響，模擬值與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比結(jié)果表明：RNGk-ε模型結(jié)合V O F法能準(zhǔn)確捕捉攪拌槽內(nèi)的流場(chǎng)信息；驗(yàn)證三進(jìn)一步用所選模型對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Rushton槳無擋板偏心攪拌槽進(jìn)行了模擬，模擬值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好，說明所選模型能很好地反映偏心攪拌槽內(nèi)的真實(shí)流場(chǎng)特性，并且在中心攪拌槽和偏心攪拌槽中具有較好的通用性。

4、　?。?）通過比較五個(gè)不同偏心率工況下攪拌槽內(nèi)的流場(chǎng)分布以及流速分布特征得出：無擋板中心攪拌槽內(nèi)的流場(chǎng)及流速均關(guān)于攪拌槽中心線呈對(duì)稱分布，偏心率較小、為0.15時(shí)，槽內(nèi)的流場(chǎng)特性與中心攪拌時(shí)具有相似特征；偏心率為0.3時(shí)，流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性被完全打破，槽內(nèi)流體在徑向和軸向上的流動(dòng)強(qiáng)度均有所增強(qiáng)；當(dāng)偏心率繼續(xù)增大至0.45時(shí)，槽內(nèi)的流型對(duì)增強(qiáng)流體在軸向上的流動(dòng)強(qiáng)度和槽內(nèi)介質(zhì)在軸向上的混合效果最為有利。
　?。?）在偏心攪拌槽中，氣-液

5、兩相混合在槽內(nèi)形成的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和流動(dòng)形態(tài)與單相流體攪拌時(shí)有著明顯的差異；最大流速值并不是隨著偏心率、葉輪安裝高度的增大而增大；偏心率大小的改變，并不會(huì)影響高流速區(qū)與攪拌中心的位置關(guān)系；轉(zhuǎn)輪安裝高度的變化會(huì)導(dǎo)致主環(huán)流相對(duì)位置的變化和環(huán)流大小的變化；攪拌槳葉作為能量輸出源，通過旋轉(zhuǎn)作用帶動(dòng)周圍流體的流動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)槽內(nèi)流體的流動(dòng)混合；由于能量損失的存在，遠(yuǎn)離攪拌中心的流體，流速減小，流體湍動(dòng)強(qiáng)度很小。
　?。?）通過比較葉輪安裝高度不同