【摘要】：氣液攪拌釜作為工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)備,廣泛應(yīng)用于石油化工、食品化工、生物化工、能源化工、環(huán)境化工等工業(yè)領(lǐng)域。攪拌釜內(nèi)涉及復(fù)雜的氣液兩相流動(dòng),氣液兩相之間相互耦合,存在復(fù)雜的相互作用。操作條件以及結(jié)構(gòu)形式的選擇,對(duì)攪拌釜內(nèi)的相含率、離散相的混合程度、相間傳熱傳質(zhì)特性等具有不同程度的影響。因此,本文針對(duì)氣液攪拌釜內(nèi)復(fù)雜的流場(chǎng)特性,采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,研究帶有六彎葉槳和上翻六折葉槳組成的組合槳(6BT+6FT_U)以及六彎葉槳和下壓六折葉槳組成的組合槳(6BT+6FT_D)的雙層氣液攪拌釜內(nèi)流場(chǎng)特征和氣泡的分散特性,并設(shè)計(jì)出穿流六彎葉槳以減輕攪拌過程中槳葉背液面的氣穴現(xiàn)象,為氣液攪拌釜的高效混合及性能優(yōu)化提供一定的理論參考。本文首先通過攝像法捕捉通氣攪拌實(shí)驗(yàn)中的通氣攪拌狀態(tài)圖像和氣泡運(yùn)動(dòng)形態(tài)及其分散狀態(tài),發(fā)現(xiàn)氣泡在攪拌釜中具有形態(tài)各異,尺寸不一等特性,氣泡之間存在聚并與破碎現(xiàn)象,且操作條件、槳組合方式對(duì)氣泡的尺寸及分布都有影響。針對(duì)氣泡的復(fù)雜形態(tài)及行為特征,采用Fluent流體仿真軟件,在CFD的基礎(chǔ)上耦合群體平衡模型,建立起既能反映氣液攪拌釜內(nèi)流場(chǎng)特征又能反映氣泡尺寸及分布的CFD-PBM耦合模型。為了驗(yàn)證模型的正確性,采用形態(tài)學(xué)圖像處理技術(shù)處理所拍攝的氣泡圖片并統(tǒng)計(jì)得到攪拌釜近壁區(qū)氣泡的平均尺寸,將該結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較,并從功耗方面以及與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)角度進(jìn)一步對(duì)比驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果,上述數(shù)據(jù)與運(yùn)用所建模型得到的模擬結(jié)果吻合度較好,說明本文所建CFD-PBM耦合模型具有可靠性�；贑FD-PBM耦合模型,從流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、氣含率、氣泡尺寸及分布等方面系統(tǒng)研究了帶有6BT+6FT_U組合槳和6BT+6FT_D組合槳攪拌釜的氣液分散特性,研究表明:氣相與液相之間相互作用,氣相對(duì)于上升的流型具有促進(jìn)作用,對(duì)于下降的流型具有弱化作用;轉(zhuǎn)速及通氣量與氣含率具有正相關(guān)性,且循環(huán)體、槳葉背液面均具有較高局部氣含率;氣泡尺寸與轉(zhuǎn)速負(fù)相關(guān)與通氣量正相關(guān),尺寸主要集中于3.5-5.5mm之間,槳葉背葉面、循環(huán)體區(qū)域氣泡聚并現(xiàn)象嚴(yán)重,攪拌槳排出流區(qū)域尺寸較小;6FT_U槳對(duì)流體具有上提特性,迎合了氣泡逃逸主速度,氣體在其附近流通性更好,而6FT_D槳對(duì)流體具有下壓特性,6FT_D槳附近及其上部靠近軸處氣體聚集現(xiàn)象嚴(yán)重,分散性較差。針對(duì)槳葉背液面存在的氣穴現(xiàn)象,設(shè)計(jì)出開孔率為7%的穿流六彎葉槳(6BPT),并基于CFD-PBM耦合模型,研究了該槳與6FT_U槳組成的組合槳的氣液分散特性,研究表明:與6BT槳相比,6BPT槳有效增強(qiáng)槳葉背液面流場(chǎng)的局部湍動(dòng)及槳葉附近的切應(yīng)力,可以有效減輕槳葉背液面氣泡的聚集效應(yīng),降低槳葉背液面氣泡尺寸,對(duì)減輕氣穴現(xiàn)象有良好的效果;在所研究工況下,相對(duì)于6BT+6FT_U組合槳,6BPT+6FT_U組合槳能夠使攪拌釜內(nèi)氣泡尺寸分布更加集中,在120rpm轉(zhuǎn)速,通氣量為0.2vvm、0.4vvm的工況下,4mm尺寸組占比最大,且底層槳的氣含率略微提升,因此6BPT+6FT_U組合槳對(duì)于攪拌釜內(nèi)氣液的分散具有較好的適用性。
【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)】：TQ021.4
【圖文】：

數(shù)值模型和計(jì)算方法，研究不同組合槳形式、操作條件下氣泡尺寸及大小分布，進(jìn)而為高效攪拌裝置的研究和應(yīng)用提攪拌釜中的非均相混合過程的優(yōu)化和裝置放大提供一定的技內(nèi)氣液兩相流流體力學(xué)特性研究進(jìn)展拌釜是一種工業(yè)應(yīng)用十分廣泛的反應(yīng)器，其工作形式為氣體釜內(nèi)，并經(jīng)釜內(nèi)攪拌器的機(jī)械攪拌，從而使得釜內(nèi)氣體與液拌使得液相湍動(dòng)劇烈起到強(qiáng)化混合與傳質(zhì)的作用，并對(duì)通入破碎作用，使氣泡小而均勻，從而提高混合效率及相間傳質(zhì)攪拌釜內(nèi)氣液體系的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析介紹。內(nèi)氣液分散狀態(tài)中的氣體分散狀態(tài)隨著通氣量和轉(zhuǎn)速的改變會(huì)發(fā)生變化，分：氣泛狀態(tài)（Flooding）、載氣狀態(tài)（Loading）、完全分散狀態(tài)（。圖 1-1 顯示了通氣量恒定的情況下，氣體的分散狀態(tài)隨轉(zhuǎn)

釜內(nèi)氣液兩相流場(chǎng)特征及氣泡分散特性研究泡被簡(jiǎn)化為直徑恒定的球體[45-47]，并假該假設(shè)，氣含率的模擬值比實(shí)驗(yàn)值低約破裂與聚并現(xiàn)象，如圖 1-2 所示，攪拌型，大小不一，因而上述假設(shè)與實(shí)際不定的差距。隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件的發(fā)模擬得以實(shí)現(xiàn)，PBM 已經(jīng)可以與 CFD 破碎現(xiàn)象對(duì)氣泡尺寸大小分布的影響，模擬[49-50]。

攪拌釜內(nèi)氣液兩相流場(chǎng)特征及氣泡分散特性研究2 通氣攪拌實(shí)驗(yàn)及圖像處理方法章主要介紹氣液攪拌釜通氣攪拌實(shí)驗(yàn)以及對(duì)所拍攝的攪拌釜運(yùn)用形態(tài)學(xué)圖像處理技術(shù)進(jìn)行圖像處理，其中包括實(shí)驗(yàn)裝置和步驟的介紹，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，為后續(xù)數(shù)值模擬提供實(shí)驗(yàn)對(duì)照。氣攪拌實(shí)驗(yàn)驗(yàn)裝置

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本文編號(hào)：2780345