CFD 方法对搅拌槽内的流体流动模拟研究现状
时间:2017-02-16 16:33 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 随着CFD的快速发展和计算机技术的不断提高，采用CFD 方法对搅拌槽内的流体流动进行数值模拟研究已取得了长足的进步。 单一气泡假设的方法已经广泛应用于鼓泡塔、流化床和搅拌槽等的模拟中，由于研究对象是搅拌槽，在此仅关注搅拌槽内的气-液两相流的模拟。 国内，宋月兰[18]通过研究搅拌槽内的气体分散是影响气-液反应的重要因素。采用 Euler-Euler双流体模型处理气—液体系、标准k- 湍流模型处理液相主流域的湍动和多重参考系(MFR)处理搅拌槽内的旋转区域，对水-空气物系进行数值模拟。使用CFD商用软件FLUENT，在不考虑气泡的凝并和破碎条件下，采用单一气泡尺寸，对多层桨(HEDT+2WHU)搅拌槽内的气-液体系进行数值模拟。研究了通气流量和搅拌转速对功率准数、通气搅拌功率和总体气含率的影响，模拟结果与实验值吻合较好。针对多层桨(BT6+2MFu)搅拌槽内气—液两相流动，基于CFD商用软件CFX，采用多尺度模型(MUSIG)将气泡定义为不同尺寸分布的五组，采用简化的群体平衡模型来考虑气泡在搅拌槽内的凝并和破碎，计算得出不同尺寸气泡所占的分率及搅拌槽内气泡尺寸分布。模拟计算了不同通气流量及搅拌转速下的气泡尺寸分布、局部气含率等。研究结果表明：局部气含率在上层桨的附近区域会出现一个局部的峰值，这与实验结果相一致。 5939 国外，Lane[19]对搅拌槽内的气—液流动模拟进行了改善，给出了不依赖于实验数据的模型，并且把叶轮也包含在模拟过程中。对搅拌槽内的气-液两相流动采用三文模型、用多重参考系处理叶轮区来描述叶轮和挡板之间的相对引动，用湍流双流体模型计算流体流动。结果表明此模型能较好地描述流体速度、气-液分散和搅拌槽内的气泡尺寸。 群体平衡模型(PBM: Population Balance Model)是描述多相流体系中分散相大小分布的通用方法，最初由Hulburt & Katz[20]在化工过程中使用。近年来随着计算技术的迅速发展，群体平衡模型成为多相流领域一个新的研究热点，在结晶体系、聚合体系和颗粒制备体系中得到了越来越多的应用。 国内，王铁峰[21]采用 k-ε 双流体模型对气液（浆）体系流体力学行为进行数值模拟研究。在总结和分析文献中气液体系双流体模型的基础上，从气液相间作用力和湍能修正两方面对模型进行改进，在 CFX4.4 软件平台上实现改进的模型并进行数值模拟研究。通过与实验数据进行比较，表明气液相间作用力和湍能修正对气液（浆）体系流体系学行为有重要影响，改进的模型具有较好的预测能力。将群体平衡模型用于描述气液体系的气泡大小分布，综合考虑了气泡聚并和破碎的不同机制，建立了较完善的气泡聚并和破碎模型。通过数值求解 PBM 计算得到气液体系中的气泡大小分布，该模型能够从理论上对流型转变进行预测，并且对均匀鼓泡区和不均匀鼓泡区气泡大小分布的计算都得到较好的预测结果。李良超等[22]人研究了气液搅拌槽内气泡尺寸与局部气含率的CFD模拟。采用在欧拉－欧拉双流体模型的基础上耦合气泡数密度(BND)函数模型，引入气泡破碎和聚并函数，对双层组合桨气液搅拌槽内的气泡尺寸和局部气含率进行了CFD模拟，同时采用双电导电极探针法对搅拌槽内局部气液分散特性进行了实验测量，并和CFD模拟结果进行了对比．结果表明：较高通气量条件下搅拌槽内气泡尺寸和局部气含率分布很不均匀，气泡尺寸在叶轮排出流区较小，且沿着排出流方向逐渐增大；在两桨间区域和上层桨以上区域气泡以聚并为主；局部气含率在循环涡涡心、叶轮和挡板后部较高，叶片后部存在明显气穴。 (责任编辑：qin) |