硫酸铜结晶搅拌器结构参数的优化研究

发布时间：2021-05-13 20:59

　　硫酸铜搅拌结晶过程中搅拌器是其中的主要部件,搅拌器的结构参数不同,搅拌作用不同,搅拌槽内的流体流动速度不同。前人对搅拌器结构参数的研究只是针对搅拌器的某一结构参数的单一研究,没有系统的将结构参数结合研究。本文针对云南某冶金企业硫酸铜结晶搅拌过程中搅拌效果较差、降温速率慢以及下层桨叶由于晶体堆积受力过大的问题进行研究,主要做了如下工作:1.基于流体力学理论,建立流体力学模型,运用fluent仿真软件深入的分析,论证本文建立的仿真模型的可行性,并设定了后续模型的结构尺寸。2.对本文要研究改进的二斜叶桨搅拌器的各结构参数及其取值范围进行研究,确定了要研究的搅拌器的五个结构参数及其取值范围;运用均匀设计原理对五个结构参数在取值范围内的取值进行组合设计,得到12组结构参数不同的搅拌器模型,并确定了12组实验方案。3.根据实验方案的搅拌器模型以及原始结构的搅拌器模型建立流体仿真模型,运用fluent软件仿真,分析13组搅拌器模型对搅拌过程中的速度分布、固体颗粒浓度分布以及湍动能的分布的影响,发现原始结构较12组实验方案的结构都有所不同,得出搅拌器的搅拌混合作用是各结构参数的综合作用结果。4.取截面... 

【文章来源】：昆明理工大学云南省

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景及意义
        1.1.1 硫酸铜及其结晶介绍
        1.1.2 硫酸铜搅拌结晶
        1.1.3 研究意义
    1.2 固液两相流的研究
        1.2.1 固液两相流的实验研究
        1.2.2 固液两相流数值模拟的研究
    1.3 搅拌器的研究现状
        1.3.1 搅拌结晶相关研究
        1.3.2 搅拌器工作过程的仿真模拟研究
        1.3.3 搅拌器结构参数对流场作用的研究
    1.4 本文的主要研究内容
第二章 搅拌结晶数值模拟模型
    2.1 搅拌仿真几何模型
    2.2 搅拌混合过程基本理论方程
    2.3 测量仿真参数
    2.4 仿真模型及网格划分
        2.4.1 搅拌区域的处理
        2.4.2 网格划分
        2.4.3 网格无关性分析
    2.5 仿真参数设置说明
    2.6 模拟结果与数据的提取
    2.7 本章小结
第三章 搅拌器结构参数的研究及仿真方案的设计
    3.1 搅拌器结构参数的研究
        3.1.1 二斜叶桨搅拌器的结构参数组成
        3.1.2 结构参数取值范围的研究
    3.2 搅拌器结构参数设计的仿真方法
    3.3 均匀设计介绍
    3.4 基于均匀设计原理的仿真方案设计
        3.4.1 搅拌器结构参数水平的拟定
        3.4.2 均匀设计表的选用及表头设计
        3.4.3 搅拌器结构参数设计仿真方案的确定
    3.5 本章小结
第四章 搅拌器结构参数对搅拌过程的影响分析
    4.1 区域速度分布的影响
        4.1.1 桨叶安装角度对速度分布的影响
        4.1.2 桨叶长度对速度分布的影响
        4.1.3 桨叶宽度对速度分布的影响
        4.1.4 上下层桨叶层间距对速度分布的影响
        4.1.5 下层桨叶离底距离对速度分布的影响
    4.2 固相分布的影响
        4.2.1 桨叶的安装角度对固相分布的影响
        4.2.2 桨叶长度对固相分布的影响
        4.2.3 桨叶宽度对槽内固相分布的影响
        4.2.4 上下层桨叶层间距对固相分布的影响
        4.2.5 下层桨叶离底距离对固相分布的影响
    4.3 湍动能分布的影响
        4.3.1 桨叶安装角度对湍流分布的影响
        4.3.2 桨叶长度对湍流分布的影响
        4.3.3 桨叶宽度对湍流分布的影响
        4.3.4 上下层桨叶层间距对湍流分布的影响
        4.3.5 下层桨叶离底距离对湍流分布的影响
    4.4 本章小结
第五章 搅拌器结构参数的优化设计
    5.1 搅拌器结构参数均匀设计仿真结果
    5.2 搅拌器结构参数之间关系的建立策略
        5.2.1 分析方法
        5.2.2 多元回归分析
        5.2.3 仿真结果的回归方程模型
    5.3 基于SPSS的搅拌器结构参数仿真结果的回归分析
        5.3.1 H=0.6m二次多项式回归分析结果
        5.3.2 H=1.5m二次多项式回归分析结果
        5.3.3 H=1.5m三次多项式回归分析结果
    5.4 搅拌器结构参数优化模型的建立
    5.5 基于Excel的搅拌器结构参数的优化求解
    5.6 本章小结
第六章 优化结果的分析
    6.1 整体改进效果的分析
        6.1.1 整体区域速度对比分析
        6.1.2 整体区域固体颗粒浓度分布分析
        6.1.3 整体区域湍动能分布分析
    6.2 局部改进效果的分析
        6.2.1 局部速度的分布变化
        6.2.2 局部湍流强度的分布变化
    6.3 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
致谢
参考文献
附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文、专利


【参考文献】：
期刊论文
[1]桨叶安装角度对反应器内混合特性影响的模拟分析[J]. 尹伟齐,曹秀芹,赵振东.  北京建筑大学学报. 2016(04)
[2]双层桨叶的桨间距对搅拌效果的影响[J]. 张慧敏,胡守明,龚莹,赵亚安.  水电能源科学. 2016(12)
[3]双层搅拌器混合过程的数值模拟分析[J]. 邓华军,吴皓,刘道斌,罗国虎,黄铧.  化学工程与装备. 2016(05)
[4]大型搅拌槽不同叶轮高度下矿浆浓度分布的数值模拟[J]. 任腾,赵晶,王世杰.  机械工程师. 2016(05)
[5]三相搅拌器叶片数和安装高度对搅拌效率的影响[J]. 吴煜斌,郝惠娣,郭玉婷.  化工机械. 2015(04)
[6]基于Fluent的搅拌槽内多相流数值仿真及研究[J]. 赵小英,杜飞龙,向贤礼.  制造业自动化. 2015(13)
[7]潜水搅拌器安装角度对搅拌效果的影响[J]. 张晓宁,赵静野,王文海.  北京建筑大学学报. 2014(04)
[8]改进型INTER-MIG搅拌槽内固液悬浮特性的数值模拟[J]. 周勇军,卢源,陈明濠,梁家勇.  过程工程学报. 2014(05)
[9]桨式搅拌器安装高度对搅拌效果的数值模拟[J]. 许卓,赵恒文,郑建坤.  机械制造与自动化. 2013(02)
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博士论文
[1]搅拌槽内三维流场的实验研究及数值模拟[D]. 侯拴弟.北京化工大学 1997

硕士论文
[1]活塞铝液搅拌器的优化设计[D]. 王欣涛.天津科技大学 2016
[2]铜渣生产硫酸铜的试验研究[D]. 巫旭.昆明理工大学 2013
[3]碳酸锂结晶器CFD数值模拟研究[D]. 徐勇泳.华东理工大学 2013
[4]搅拌式生物反应器的模拟、优化设计与放大研究[D]. 程绍杰.大连理工大学 2009
[5]机械搅拌槽混合过程的数值研究[D]. 张伟山.哈尔滨工业大学 2009
[6]物料性质对固液搅拌槽中流动和悬浮特性的影响[D]. 张凤涛.北京化工大学 2007
[7]五水硫酸铜冷却结晶过程研究[D]. 姜海洋.天津大学 2007



本文编号：3184694