卧式厌氧发酵搅拌罐三维流场数值模拟与机械特性分析

发布时间：2020-06-17 08:42

【摘要】：搅拌对厌氧发酵的效率有非常重要的影响。目前对厌氧发酵搅拌罐的研究以立式罐居多,卧式罐较少。本文以卧式厌氧发酵搅拌罐为研究对象,采用ANSYS软件对卧式厌氧发酵罐三维流场与机械特性进行仿真分析。首先,为研究大型卧式厌氧发酵罐内部流场的主要影响因素,本文建立了卧式厌氧发酵搅拌罐的三维几何模型,并划分流体域网格,采用标准k-ε湍流模型与多重参考系法对罐体内部三维流场进行数值模拟。通过对比分析研究了搅拌轴转速、物料粘度、桨叶倾斜角度和桨叶间距这四种变量对罐体内部流场特性的影响。研究结果表明:转速在区间3r/min-5r/min最佳;粘度增大会使得罐体内部流体轴向速度减小,桨叶表面相对压强增大;桨叶倾角为15°、安装间距为350mm时,罐体内部轴向速度波动最为平缓。其次,为保证搅拌轴的长期安全可靠运行,本文利用ANSYS软件分析搅拌轴的机械特性,采用流固耦合方法分析搅拌轴在流体力作用下的应力情况以及其变形情况。并在静力学分析的基础上进行了模态分析,得到搅拌轴的固有频率;进行谐响应分析,得到搅拌轴不平衡状态下的响应情况。研究结果表明:搅拌轴在添加支撑结构后所受应力与变形量减小,最大等效应力为5.47MPa,远小于许用应力,总变形量为0.19mm,一阶临界转速为2648.6r/min,不会达到共振情况,故搅拌轴可以长期安全可靠运行。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ920.5
【图文】：

卧式厌氧发酵搅拌罐结构示意图

?2 章 卧式厌氧发酵搅拌罐三维流场的数值模拟12图 2.2 卧式厌氧发酵搅拌罐桨叶区域处理示意图图 2.3 卧式厌氧发酵搅拌罐桨整体网格示意图2.2.3 物性参数与环境变量本章中研究的物料是单相流体-水，直接采用 FLUENT 软件材料数据库中的液态水，其具体参数为：密度为998.2 3 ，粘度为1.003 10 3 。环境变量设为重力加速度为 = 9.8 2 。2.2.4 边界条件为简化计算，做出如下假设：（1）流体为连续、不可压缩牛顿流体；

【参考文献】

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本文编号：2717360