搅拌反应器流场与动力性能的模拟及实验研究

发布时间：2017-05-25 15:20

  本文关键词：搅拌反应器流场与动力性能的模拟及实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 搅拌反应器是一种在过程工业中广泛应用的反应器类型，，并且在化学化工等领域占有主导地位，长期以来，各国学者对搅拌槽流场的特性进行了许多深入的研究，越来越多的学者认识到准确获取反应器内的流动信息对于优化设计、开发新型搅拌反应器是十分重要的。 本文首先对一种搅拌反应器(分别装有平直叶桨和45°倾角折叶桨两种桨叶)的内部流场进行考察，用PIV系统的实验结果来验证FLUENT模拟结果的可靠性。然后再进一步使用FLUENT软件对流场的宏观规律、速度特性、湍动性能、剪切性能、功率消耗等特性参数进行研究分析，得出如下结论： 1．通过对搅拌槽内流场的宏观规律、速度特性的定性、定量分析，结果显示两种方法得到的流场特性和数据曲线基本吻合，说明本文采用的数值模拟方法可行，结果可靠。在模拟过程中所选用的MRF流场处理方法、RNG k-e湍流模型、边界条件的设置对于搅拌反应器的流场分析具有良好的适应性。 2．平直叶桨所形成的“双循环流”和45°倾角折叶桨所形成的“整体循环流”有明显的差别，因此它们体现了对流体的不同作用：径向流的平直叶桨主要是对流体起剪切作用，轴向流的45°倾角折叶桨主要是对流体起循环作用。 3．搅拌槽内的湍流动能主要产生于搅拌桨叶区域，湍流动能也集中耗散在这些区域，说明这些区域湍动程度比较高，混合效果比较好。而且平直叶桨的湍动性能明显好于45°角折叶桨，说明平直叶桨的剪切、破碎、分散作用要好于45°倾角折叶桨。 4．搅拌槽内剪切作用主要发生在桨叶周边，在桨叶区依靠剪切作用来分散、充分混合物料，总体上平直叶桨的剪切率比45°倾角折叶桨的大得多，特别是在桨叶边缘区域。 5．45°倾角折叶桨虽然剪切能力弱，但是相对于平直叶桨可以节省将近40％的功率消耗，显然在经济性上要优于平直叶桨。 6．平直叶桨和45°倾角折叶桨具有不同的混合操作特性：平直叶桨主要产生径向流，剪切作用大，湍动程度高，有利于搅拌槽内物料的破碎、分散，属于剪切型桨叶；45°倾角折叶桨主要产生轴向流，整体循环能力强，功率消耗相对少，有利于搅拌槽内物料的搅匀、混合，属于循环型桨叶。对于不同的混合要求和操作条件，应该选择不同的桨型，如果要求剪切作用较强，就应该选择剪切型桨叶；如果对剪切作用的要求不是很高，只要能够满足物料整体混合的要求，在节省功率消耗的前提下，应该选择循环型桨叶。 7．使用FLUENT模拟软件与PIV测速系统相结合的方式对搅拌反应器进行设计、优化和选型可以更经济、快捷、可靠。
【关键词】：搅拌反应器 CFD DPIV 多重参考系法
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TQ019
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 引言11-12
• 第1章 绪论12-29
• 1.1 搅拌反应器概述12-13
• 1.2 搅拌桨的分类及特性13-17
• 1.2.1 搅拌桨的分类13-14
• 1.2.2 典型搅拌桨的特性14-17
• 1.3 搅拌反应器流场的形态及特点17-19
• 1.3.1 径向流17-18
• 1.3.2 轴向流18
• 1.3.3 切向流18-19
• 1.4 搅拌反应器流场与动力性能的模拟研究及进展19-23
• 1.4.1 计算流体力学(CFD)方法19-21
• 1.4.2 CFD模拟软件简介21-22
• 1.4.3 搅拌反应器的模拟研究及进展22-23
• 1.4.3.1 模拟研究情况22
• 1.4.3.2 模拟研究进展22-23
• 1.5 搅拌反应器流场与动力性能的实验研究及进展23-28
• 1.5.1 数字粒子图像测速技术(DPIV)原理23-25
• 1.5.2 DPIV实验设备简介25-26
• 1.5.3 搅拌反应器的实验研究及进展26-28
• 1.5.3.1 实验研究情况26-27
• 1.5.3.2 实验研究进展27-28
• 1.6 本文的研究目的与方案28-29
• 第2章 搅拌反应器流场模拟及实验方法29-39
• 2.1 搅拌反应器流场的数学模型29-31
• 2.1.1 控制方程29
• 2.1.2 湍流模型29-31
• 2.2 搅拌反应器流场的处理方法31-34
• 2.2.1 "黑箱"模型法31
• 2.2.2 内外迭代法31-32
• 2.2.3 多重参考系法32-33
• 2.2.4 滑移网格法33
• 2.2.5 大涡模拟法33-34
• 2.3 本文模拟研究的模型与方法34-37
• 2.3.1 几何模型34-35
• 2.3.2 网格划分35-36
• 2.3.3 边界条件36
• 2.3.4 求解方法36-37
• 2.4 搅拌反应器流场的实验方法37-39
• 2.4.1 实验装置37-38
• 2.4.2 测速系统38
• 2.4.3 实验步骤38
• 2.4.4 图像处理38-39
• 第3章 模拟结果与实验结果的对比分析39-47
• 3.1 宏观规律的结果对比39-42
• 3.1.1 平直叶桨39-41
• 3.1.2 45°倾角折叶桨41-42
• 3.2 速度特性的结果对比42-46
• 3.2.1 平直叶桨42-44
• 3.2.2 45°倾角折叶桨44-45
• 3.2.3 误差分析45-46
• 3.3 小结46-47
• 第4章 模拟结果的对比与分析47-70
• 4.1 流场的宏观规律47-51
• 4.1.1 平直叶桨47-49
• 4.1.2 45°倾角折叶桨49-50
• 4.1.3 两种桨型对比50-51
• 4.2 流场的速度特性51-57
• 4.2.1 平直叶桨51-53
• 4.2.2 45°倾角折叶桨53-55
• 4.2.3 两种桨型对比55-57
• 4.3 流场的湍动性能57-63
• 4.3.1 等值线图分析58-59
• 4.3.2 散点图分析59-63
• 4.4 搅拌器的剪切性能63-65
• 4.4.1 等值线图分析63
• 4.4.2 散点图分析63-65
• 4.5 搅拌器的功率消耗65-68
• 4.5.1 软件模拟结果66
• 4.5.2 公式计算结果66-68
• 4.5.2.1 功率准数的计算66-67
• 4.5.2.2 搅拌功率的计算67-68
• 4.5.3 两种结果对比68
• 4.6 小结68-70
• 第5章 总结与展望70-72
• 5.1 本文的主要研究成果70-71
• 5.2 展望71-72
• 参考文献72-76
• 发表的论文76-77
• 致谢77

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 刘文静;;节能型搅拌技术的研究[J];中国高新技术企业;2013年09期

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 刘萍;除镉反应器内多相流动过程数值模拟及优化[D];中南大学;2011年

2 赵晓伟;采用Elephant Ear桨叶的生物反应器结构优化和细胞剪切特性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

3 拜亮;层流搅拌槽混合时间的数值模拟与实验研究[D];燕山大学;2011年

4 高勇;双层桨自吸式搅拌槽的数值模拟及实验研究[D];西北大学;2010年

5 罗清;循环流化床锅炉灰渣盐酸浸出过程研究[D];华东理工大学;2013年

6 徐江华;立式捏合机搅拌桨叶的转矩数值分析[D];华中科技大学;2012年

7 王勇平;萃取浸出过程数值模拟及设备参数优化[D];江西理工大学;2012年

8 张冉;基于CFD的餐厨垃圾生化处理机搅拌流场仿真研究及应用[D];北方工业大学;2013年

  本文关键词：搅拌反应器流场与动力性能的模拟及实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：394155