搅拌槽转轮半径及安装高度对气—液两相流影响的数值模拟

发布时间：2020-05-14 08:22

【摘要】：搅拌槽内气液两相混合在废水处理和化工、石油等过程工业中被广泛运用。而随着社会的进步和发展,对这些过程工业提出了更高要求,这意味着气液混合搅拌亟需与时俱进,对传统气液搅拌槽的优化和节能处理就十分重要。目前,国内外关于叶轮安装高度以及叶轮半径对搅拌槽内气液两相流混合水力特性影响的研究较少。本文通过在两个物理模型基础上进行模拟预测,以期为原有气液混合搅拌槽优化提供理论依据。将模拟数据对比后,我们发现:(1)首先通过模型验证,证明通过阅读相关文献最终确定的欧拉-欧拉双流体模型与标准(Standard)k-ε模型以及边界条件对文献中的物理模型在大进气流量(Q6.77m3/s)和低转速(N11.7rev/s)情况下模拟结果可与实验数据有较好的吻合,准确率更高。说明所选的数学模型以及边界条件可以为后续提供较高准确率的模拟结果;(2)物理模型一单层叶轮模拟发现在叶轮上下各形成两个漩涡,出现“双漩涡”现象。随着叶轮安装高度增加,叶轮下方流体在获得动能后的扩散空间增大,能量传递更充分,有更多流体可以参与气液混合,因而混合范围增大,混合效果增强;同时随着叶轮安装高度增加,槽内气含率分布也沿轴向上移动,并且越靠近气液交界面,界面上气体越易进入槽内,从而提高气含率;结合对水平观测面面平均气含率进行定量分析以及功耗对比认为C/T=0.63对应叶轮安装高度最好;(3)物理模型二为双层叶轮,通过改变叶轮半径,模拟结果直观显示出叶轮半径越大,流体流速增大,高流速范围也随之增大,并且叶轮对流体运动逐渐占据支配地位,混合范围从轴向循环逐渐增强径向扩散,从而四种工况中叶轮半径越大,径向气含率越高,而对轴向气含率影响较小;对水平观测面面平均气含率进行定量分析结合功耗分析认为D/T=0.5对应叶轮半径最好。
【图文】：

图 2.1 数值模拟流程图Figure 2.1 Steps of numerical simulation 程可以看出，利用 CFD 进行数值模拟的首要，，控制方程包含三个方程：质量守恒方程连续性方程，以空间中固定位置的微元体 u vt x y z 的密度，u 、v、w指的是速度矢量U 式中后三项表示质量流密度（单位时间内

图 2.2 湍流模型Figure 2.2 Turbulence model型型中湍流强度和时间尺度通过求解两个单独的标准 k-ε 模型属于该类模型，从首次提出就已广泛的湍流流动的稳健性，经济性和合理的准确性性。在推导双方成湍流模型方程时需结合实际模型。包含湍动动能（k）和湍动动能耗散率（ε）两个输精确方程导出，而通过物理推理得出 ε 模型方程 k-ε 模型中湍动动能 k，湍动动能耗散率 ε 分 ti k b kpk pku G G
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV734

【参考文献】

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本文编号：2663072