本文關(guān)鍵詞：工業(yè)規(guī)模攪拌釜高粘假塑性流體氣液混合過程的數(shù)值模擬

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【摘要】：黃原膠是一種廣泛應(yīng)用的天然生物高分子,其水溶液屬于典型的高粘假塑性流體,在其發(fā)酵生產(chǎn)過程中,高粘假塑性流體性質(zhì)阻礙了其發(fā)酵后期的傳質(zhì)過程,影響了它的工業(yè)化過程。這一問題實(shí)質(zhì)上是高粘假塑性流體的攪拌混合問題。本文以1.0wt%黃原膠溶液為研究介質(zhì),在高徑比為3的10m3工業(yè)規(guī)模攪拌釜內(nèi),采用最大葉片式槳(MB)、泛能式攪拌槳(FZ)和一種工業(yè)上常見的三層六直葉圓盤渦輪槳(TT)三種攪拌槳,分別對(duì)單相和氣液兩相體系的混合過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明:(1)單相體系的模擬。MB槳呈現(xiàn)典型的“雙循環(huán)”流型結(jié)構(gòu);FZ槳在較低轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)上、下兩個(gè)大循環(huán),隨著轉(zhuǎn)速的增加,葉片交界處出現(xiàn)一個(gè)明顯的小循環(huán);TT槳呈現(xiàn)各自獨(dú)立的循環(huán)流型。在較高轉(zhuǎn)速下,FZ槳的單位體積功耗明顯高于MB槳和TT槳。在相同的單位體積功耗下,FZ槳達(dá)到混合要求所用混合時(shí)間最短,其次是MB槳,TT槳耗時(shí)最長(zhǎng)。三種攪拌槳的高剪切和高排液區(qū)域都集中在槳葉附近。(2)氣液兩相體系的模擬。通入氣體后,液相流場(chǎng)和氣相流場(chǎng)呈現(xiàn)相同的流型結(jié)構(gòu)。當(dāng)通氣量相同時(shí),隨著攪拌轉(zhuǎn)速的增加,氣含率增加,平均氣泡直徑變小但氣泡尺寸分布范圍變寬,MB槳的氣液傳質(zhì)系數(shù)高于FZ槳,FZ槳高于TT槳。當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速相同時(shí),隨著通氣量的增加,氣含率增加,釜內(nèi)出現(xiàn)大氣泡的幾率增加;在最低通氣量下,FZ槳的氣液傳質(zhì)系數(shù)最高,隨著通氣量的增加,MB槳的氣液傳質(zhì)系數(shù)最高。本文利用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)技術(shù),比較直觀的呈現(xiàn)了工業(yè)規(guī)模攪拌釜內(nèi)高粘假塑性流體氣液混合過程的局部特性參數(shù),為工業(yè)規(guī)模攪拌混合過程優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：工業(yè)規(guī)模攪拌釜 大高徑比 假塑性流體 氣液傳質(zhì)混合 CFD
【學(xué)位授予單位】：煙臺(tái)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ027.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 文獻(xiàn)綜述9-31
• 1.1 研究意義9-10
• 1.2 攪拌設(shè)備簡(jiǎn)介10-12
• 1.2.1 攪拌設(shè)備結(jié)構(gòu)10-11
• 1.2.2 傳統(tǒng)攪拌器型式11-12
• 1.2.3 新型攪拌器12
• 1.3 計(jì)算流體力學(xué)12-21
• 1.3.1 CFD的基本方法13-14
• 1.3.2 湍流計(jì)算方法14-19
• 1.3.3 槳葉旋轉(zhuǎn)區(qū)域處理方法19-21
• 1.4 氣液兩相攪拌釜CFD模擬方法21-31
• 1.4.1 氣液兩相CFD模擬基本方法21-22
• 1.4.2 歐拉-歐拉模型22
• 1.4.3 氣泡曳力模型22-23
• 1.4.4 氣泡群平衡模型23-31
• 2 數(shù)值模擬內(nèi)容與方法31-37
• 2.1 模擬介質(zhì)性質(zhì)31-32
• 2.1.1 流變學(xué)性質(zhì)31-32
• 2.1.2 表面張力系數(shù)32
• 2.2 主要研究?jī)?nèi)容32
• 2.3 攪拌釜及攪拌器尺寸32-33
• 2.4 數(shù)值模擬條件及方法33-37
• 2.4.1 數(shù)值模擬條件33-34
• 2.4.2 數(shù)值計(jì)算方法34-35
• 2.4.3 計(jì)算模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證35-37
• 3 單相體系混合過程的模擬37-55
• 3.1 宏觀流動(dòng)場(chǎng)37-39
• 3.2 功耗特性39-41
• 3.2.1 單位體積功耗40
• 3.2.2 功率準(zhǔn)數(shù)40-41
• 3.3 死區(qū)體積分率41-42
• 3.4 剪切性能及表觀粘度42-47
• 3.5 排液性能47-49
• 3.6 混合時(shí)間49-53
• 3.6.1 計(jì)算條件50
• 3.6.2 計(jì)算結(jié)果及分析方法50-53
• 3.7 小結(jié)53-55
• 4 氣液兩相混合過程的模擬55-85
• 4.1 轉(zhuǎn)速的影響55-71
• 4.1.1 氣液流場(chǎng)特性55-57
• 4.1.2 通氣前后單位體積功耗57-59
• 4.1.3 氣含率59-63
• 4.1.4 氣泡尺寸分布63-70
• 4.1.5 氣液傳質(zhì)系數(shù)70-71
• 4.2 通氣量的影響71-82
• 4.2.1 通氣后單位體積功耗71-73
• 4.2.2 氣含率73-77
• 4.2.3 氣泡尺寸分布77-81
• 4.2.4 氣液傳質(zhì)系數(shù)81-82
• 4.3 小結(jié)82-85
• 5 結(jié)論與展望85-89
• 5.1 結(jié)論85-86
• 5.2 展望86-89
• 參考文獻(xiàn)89-97
• 致謝97-99
• 附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文99-101
• 附錄2 1.0 wt%濃度黃原膠水溶液流變學(xué)數(shù)據(jù)101-103

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本文編號(hào)：575689