基于CFD对DTB结晶器结构的优化及其内部流场模拟

发布时间：2023-03-12 20:48

　　结晶技术由于有着分离效率高、能量消耗低、对环境污染低等优点,得到了广泛的应用且价值较高。于50年代末出现的DTB结晶器因结构简单、生产强度大等优点得到了普遍的应用。近些年CFD被广泛用于模拟结晶过程,多数学者关注于结晶参数如晶体的成核、成长上,较少有学者关注工业级、双圆筒型DTB结晶器内的流场分布及晶体悬浮混合效果,而这对结晶效果影响很大。本文使用Fluent商业软件,对工业级DTB结晶器内流场混合效果进行了数值模拟,对搅拌桨结构及操作方式进行了优化,并对结晶器内单相流及两相流流场进行了数值模拟,为研究结晶过程奠定理论基础,为工业结晶器的应用设计提供参考。对求解算法进行验证,针对单相流及固-液两相流分别选取不同的求解算法,并将功率准数的模拟值与实验值、临界悬浮转速的模拟值与经验值分别进行对比分析。结果表明:稳态求解器、标准k-ε湍流模型、多重参考系法(MRF)和SIMPLE算法得到的模拟值与实验值之间的相对误差为2.5%;瞬态求解器、标准k-ε湍流模型、多重参考系法(MRF)、Phase Coupled SIMPLE算法及syamlal-obrien曳力模型得到的模拟值与经验值间的相对...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 文献综述
    1.1 工业结晶
        1.1.1 工业结晶概述
        1.1.2 结晶分离过程的特点
    1.2 结晶器种类
    1.3 计算流体力学
        1.3.1 基本控制方程
        1.3.2 湍流的数值模拟方法
        1.3.3 多相流的数值模拟方法
        1.3.4 动静区域的数值模拟方法
        1.3.5 曳力模型
        1.3.6 求解算法
    1.4 CFD在结晶中的应用
    1.5 研究意义及内容
第2章 数值模拟方法的建立
    2.1 功率准数的验证
        2.1.1 实验模型
        2.1.2 网格划分
        2.1.3 计算物系及条件
        2.1.4 数值模拟方法
        2.1.5 计算结果
    2.2 颗粒临界悬浮转速的验证
        2.2.1 搅拌槽模型
        2.2.2 网格划分
        2.2.3 计算物系
        2.2.4 数值模拟方法
        2.2.5 计算结果
    2.3 网格无关性验证
    2.4 本章小结
第3章 搅拌桨构型的优化
    3.1 计算模型
        3.1.1 结晶器模型
        3.1.2 搅拌桨模型
    3.2 数值模拟方法
    3.3 模拟结果与分析
        3.3.1 桨型的影响
        3.3.2 桨安装高度的影响
        3.3.3 桨间距的影响
        3.3.4 桨个数的影响
    3.4 本章小结
第4章 DTB结晶器内单相流流场的数值模拟
    4.1 计算模型
    4.2 物性参数和操作条件
    4.3 数值模拟方法
    4.4 模拟结果与分析
        4.4.1 宏观流场
        4.4.2 搅拌桨旋转方向的影响
        4.4.3 介质密度的影响
        4.4.4 搅拌转速的影响
    4.5 本章小结
第5章 DTB结晶器内两相流流场的数值模拟
    5.1 计算模型
    5.2 物性参数和操作条件
    5.3 数值模拟方法
    5.4 模拟结果与分析
        5.4.1 晶体体积分数的影响
        5.4.2 晶体尺寸的影响
        5.4.3 晶体密度的影响
        5.4.4 不同操作条件下的混合时间
    5.5 本章小节
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
附录
在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3761921