再生池内搅拌器的设计与流场模拟分析

发布时间：2020-10-28 09:05

　　 传统的双碱法烟气脱硫存在钠损耗问题。再生池作为双减法烟气脱硫系统的主要组成部分,是发生再生反应的场所。在再生反应过程中,钠离子被置换出来,进行循环利用。如果再生反应的化学速率较慢,会导致钠离子置换不完全,最终导致钠的损耗。提高再生反应的化学反应速率是解决钠离子损耗的根本方法。本文以国内某2×40t/h热水锅炉的双减法烟气脱硫系统为研究对象,为再生池设计了合适的搅拌器,旨在提高再生池内再生反应的化学反应速率。搅拌器的主要功能是提供搅拌过程所需要的能量和适宜的流动状态,使物料混合均匀或强化传热与传质。近年来,利用计算流体力学(CFD)的方法研究搅拌设备内的流动和混合特性逐渐发展起来。CFD技术以其卓越的优势,对未来搅拌设备的研究、开发与设计产生了不可估量影响。本文在完成搅拌器的选型和初步设计的基础上,采用CFD方法探究了两台搅拌器的间距和转速对搅拌效果的影响。由于再生池内两台搅拌器之间存在一定的扰动,如何确定两台搅拌器的合适转速和间距使其达到良好的搅拌效果是本文研究的重点。本文首先采用理论与经验相结合的方法,基于国标,根据工厂提供的原始数据进行了再生池内搅拌器的选型和初步设计。然后利用三维建模软件Solidworks建立了再生池与搅拌器的三维物理模型,使用ANSYS Icem划分了结构网格,采用CFD软件ANSYS Fluent得出了搅拌器作用下再生池内浆液的速度分布和湍流强度分布。目的是明确搅拌器内浆液的流动情况,为下一步的模拟与优化奠定基础。其次对不同工况下的模拟结果进行了分析,明确了两台搅拌器的间距和转速对搅拌效果的影响,进而得出了合理的两台搅拌器的间距和转速。本文主要的研究目的是利用CFD,探究两台搅拌器的间距和转速对再生池内速度分布、湍流强度分布、搅拌功率和不均匀系数的影响规律。本文所设计的搅拌器,可有效的提高再生池内再生反应的化学速率。本文的搅拌器的设计与优化思路,对相同情况下的搅拌器的选型和设计有一定的指导意义。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ051.72
【部分图文】：

了氢氧化钙溶解罐内搅拌器的充分搅拌，粒径和含固率较小。2. 自由液面采用对称边界条件假设。在对称边界上，垂直于边界的速度分量为零，任何量的梯度为零。3. 忽略出塔脱硫液的排入和反应后浆液的排出。4. 实际在再生池内搅拌器运行时，两台搅拌器由于受环境以及人为因素的影响，两台搅拌器难以保证以相同的速度同步运转，本文在数值模拟的时候，忽略搅拌器不同步带来的影响。5. 所设计搅拌器浆叶厚度 δ=14mm，但由于其相对与整个再生池的尺寸较小及对再生池内流场影响较小，所以本文在数值模拟的时候，假定搅拌器桨叶的厚度为零。3.5 物理模型与网格划分物理模型的建立采用了三维建模软件 Solidworks，网格的划分采用了ANSYS Icem 软件。ANSYS Icem 作为 Fluent 和 CFX 标配的网格划分软件，由于强大的结构网格划分能力，成为高校和企业首选的网格划分软件。再生池与搅拌器的物理模型见图 3-1。整体图

图 3-2 网格示意图Fig.3.2 Schematic diagram of the grid网格质量直接关乎到数值模拟的计算量和准确性，质量较好的网格可以相对较短的时间内得到更为准确的结果。Fluent 对网格质量的主要要求：1）纵横比（aspect ratio）节点被拉长的程度。一般而言，在流动核心区域（远离壁面的区域）内纵横比应小于 5:1.对边界层内的四边形、六面体与三棱柱网格单元，纵横比许小于 10:1；涉及传的计算，最大纵横比应小于 35:1。当网格的纵横比较大的时候 fluent 可以选双精度求解器。转子区域网格的 aspect ratio 见图 3-3。图 3-3 转子区域网格的纵横比

图 3-2 网格示意图Fig.3.2 Schematic diagram of the grid网格质量直接关乎到数值模拟的计算量和准确性，质量较好的网格可以在相对较短的时间内得到更为准确的结果。Fluent 对网格质量的主要要求：1）纵横比（aspect ratio）节点被拉长的程度。一般而言，在流动核心区域（远离壁面的区域）内纵横比应小于 5:1.对于边界层内的四边形、六面体与三棱柱网格单元，纵横比许小于 10:1；涉及传热的计算，最大纵横比应小于 35:1。当网格的纵横比较大的时候 fluent 可以选用双精度求解器。转子区域网格的 aspect ratio 见图 3-3。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘源;王炉钢;;六直叶圆盘涡轮搅拌器的流动特性研究[J];化工装备技术;2015年06期

2 梁瑛娜;高殿荣;拜亮;;双层桨搅拌槽内层流流场与混合时间的数值模拟[J];机械工程学报;2015年16期

3 李迅;林如山;叶国安;胡晓丹;何辉;;双层折叶桨式搅拌器三维流场的数值模拟[J];化工机械;2015年03期

4 白晓莉;唐克伦;李辉;张明;乔艳涛;;基于Fluent的搅拌器三维流场数值模拟及其实验研究[J];机械工程师;2015年04期

5 石亚超;李伟敏;倪安国;杨子江;;基于Fluent的圆盘涡轮搅拌器搅拌釜内流场测试及数值模拟[J];石油和化工设备;2014年11期

6 梁磊;;钠钙双碱法脱硫工艺改进应用[J];电力科学与工程;2014年06期

7 王战辉;李瑞瑞;范晓勇;何筱蓉;;搅拌器内部流场数值模拟[J];广州化工;2013年17期

8 曹红蓓;江武;;新型底入式磁传动搅拌器的开发研究[J];制造业自动化;2012年22期

9 马庆勇;;浆液池搅拌器固液两相三维数值模拟[J];湖南农机;2010年07期

10 陈明义;;新型行星式搅拌器开发及性能研究[J];化学工程;2010年07期

相关硕士学位论文 前6条

1 徐顺;潜水搅拌器流场分析及运行优化[D];扬州大学;2016年

2 王旭;湿法烟气脱硫塔浆液池内反应过程及流场优化[D];华南理工大学;2016年

3 武光霞;涡轮式组合搅拌器流场模拟研究[D];青岛科技大学;2014年

4 张宏伟;介质搅拌磨单相流流场CFD仿真模拟和实验验证研究[D];华南理工大学;2013年

5 徐妙富;新型宽适应性搅拌器的开发与研究[D];浙江大学;2012年

6 马庆勇;浆液池叶轮式搅拌器设计、数值模拟及PIV实验研究[D];江苏大学;2007年

本文编号：2859878