【摘要】：攪拌設(shè)備是化工、制藥等工業(yè)過(guò)程中最關(guān)鍵的操作單元之一,其操作性能直接影響著工業(yè)生產(chǎn)的成本、效率及產(chǎn)物的質(zhì)量,攪拌過(guò)程的流體力學(xué)研究及攪拌設(shè)備的設(shè)計(jì)優(yōu)化一直以來(lái)都是科學(xué)研究的重點(diǎn)。本文針對(duì)六直葉圓盤渦輪式攪拌器,借助Eulerian-Eulerian雙流體模型、多重參考系、Standard k-ε模型與RNG k-ε模型兩個(gè)湍流模型等一系列計(jì)算流體力學(xué)方法對(duì)單一液相體系的攪拌過(guò)程及不同分散相體積分?jǐn)?shù)的液-液兩相體系的混合過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,通過(guò)對(duì)比基于兩種湍流模型的模擬所預(yù)測(cè)的速度場(chǎng)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的吻合度、分散相分布情況及計(jì)算成本,討論了Standard k-ε模型與RNG k-ε模型在特定攪拌工況下的優(yōu)劣。在攪拌器標(biāo)準(zhǔn)擋板的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種V形橫向擋板,該擋板與攪拌槳高度平齊并附著于攪拌釜內(nèi)壁,頂角的角度有30°、60°和90°三種。借助數(shù)值方法模擬了分散相體積分?jǐn)?shù)為7%的液-液兩相流在無(wú)V形橫向擋板攪拌器與帶有V形橫向擋板攪拌器內(nèi)的攪拌混合過(guò)程,通過(guò)考察流場(chǎng)的速度分布、湍動(dòng)能、分散相分布、攪拌槳扭矩及攪拌功率等的數(shù)值模擬結(jié)果,分析討論了V形橫向擋板對(duì)攪拌器混合性能的影響。研究結(jié)果表明:雖然RNG k-ε模型是Standard k-ε模型的改進(jìn)模型,且RNG k-ε模型模擬的計(jì)算成本更低,然而基于Standard k-ε模型的模擬所預(yù)測(cè)的速度場(chǎng)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的吻合度較好、預(yù)測(cè)的分散相分布更能反映真實(shí)的液-液兩相混合情況。V形橫向擋板可有效降低攪拌槳排出流體對(duì)攪拌釜釜壁沖擊帶來(lái)的能量損耗、提高流場(chǎng)的湍動(dòng)能、降低攪拌槳扭矩、降低攪拌功率、改善混合效果。通過(guò)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的綜合分析,當(dāng)V形橫向擋板的頂角為60°時(shí)攪拌器的混合性能表現(xiàn)最優(yōu)。
【圖文】：

基于渦輪式攪拌過(guò)程的數(shù)值模擬及擋板混合性能研究4圖1-1 幾種常見的攪拌器Figure 1-1 Several common agitators（1）攪拌槳的結(jié)構(gòu)類型按照攪拌槳的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行分類，可分為平葉、斜葉、彎葉和螺旋面葉攪拌器。其中平葉攪拌器包括平槳式、直葉開式渦輪式、直葉圓盤渦輪式、錨式及框式攪拌器；斜葉攪拌器包括斜葉槳式、斜葉開式渦輪式及斜葉圓盤渦輪式攪拌器；彎葉攪拌器包括彎葉開式渦輪式、彎葉圓盤渦輪式及三葉后掠式攪拌器；螺旋面葉攪拌器包括推進(jìn)式、螺桿式及螺帶式攪拌器。（2）攪拌器的用途按攪拌器的用途進(jìn)行分類主要根據(jù)流體介質(zhì)的黏性分為低黏度攪拌器和高粘度攪拌器。其中推進(jìn)式、槳式、開式渦輪式、圓盤渦輪式、布魯馬金式、三葉后掠式及MIG式攪拌器主要用于低黏度流體介質(zhì)的攪拌操作；錨式、框式、鋸齒圓盤式、螺桿式及螺帶式攪拌器主要用于高粘度流體介質(zhì)的攪拌操作。（3）流場(chǎng)流型按流場(chǎng)流型進(jìn)行分類可以分為軸向流攪拌器、徑向流攪拌器和混合流型攪拌器，混合流型攪拌器內(nèi)流體介質(zhì)的流型既有軸向流又有徑向流。其中推進(jìn)式、錨

成的旋渦會(huì)將氣體由流體表面卷入流體內(nèi)部，降低物料的表觀密度。擋板的存在有效抑制了流體介質(zhì)的切向流動(dòng)，將流體的切向流動(dòng)轉(zhuǎn)化為軸向流動(dòng)及徑向流動(dòng)（攪拌器內(nèi)流場(chǎng)的流型如圖1-2所示），消除打旋現(xiàn)象，改善了混合效果。圖1-2 攪拌器內(nèi)流場(chǎng)的流型Figure 1-2 Flow patterns of the flow field in the agitators國(guó)內(nèi)外研究人員都曾做過(guò)一些極具代表性研究，揭示了攪拌過(guò)程中擋板的存在與否、擋板數(shù)量、擋板長(zhǎng)度等因素對(duì)流體流動(dòng)特性的影響機(jī)制。Hashimoto等人[52]對(duì)比研究了在層流條件下帶擋板攪拌器與無(wú)擋板攪拌器流體混合特性，發(fā)現(xiàn)相比無(wú)擋板攪拌器，帶擋板攪拌器的擋板可以放大由攪拌槳葉片產(chǎn)生的微小流體波紋擾動(dòng)，同時(shí)可以在擋板自身附近產(chǎn)生新的流體波紋擾動(dòng)，流體介質(zhì)的流動(dòng)形態(tài)由切向流轉(zhuǎn)變?yōu)閺较蛄骱洼S向流，促使攪拌釜內(nèi)流體的混合得到進(jìn)一步增強(qiáng)。Tamburini等人[53]比較了不同雷諾數(shù)（Re）下有/無(wú)擋板的六葉片渦輪式攪拌器攪拌過(guò)程中的流體流動(dòng)特性。雷諾數(shù)從0.2到600，涵蓋了從蠕變到早期湍流的范圍。
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ027.2

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2 張q，

本文編號(hào)：2607041