發(fā)布時(shí)間：2021-09-23 07:27

　　攪拌釜是工業(yè)生產(chǎn)中極其重要的設(shè)備,在石油化工、食品生物等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,攪拌釜通過攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)作用對(duì)釜內(nèi)流體進(jìn)行攪拌,使釜內(nèi)各相均勻混合。但釜內(nèi)流場(chǎng)大多數(shù)情況為復(fù)雜的湍流,由于缺少對(duì)多相流和湍流的理論性研究成果,導(dǎo)致研究攪拌釜內(nèi)的流動(dòng)變得極為困難,從而使其設(shè)計(jì)和優(yōu)化大都依靠經(jīng)驗(yàn),因此產(chǎn)生了很多關(guān)鍵性問題需要進(jìn)一步研究。本文以聚合反應(yīng)制備聚偏氟乙烯過程中的多相攪拌釜為研究對(duì)象,通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的手段對(duì)攪拌釜內(nèi)的多相流動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。為了描述攪拌釜內(nèi)氣相和VDF相的流動(dòng)行為,對(duì)兩者在攪拌釜內(nèi)的擴(kuò)散機(jī)理進(jìn)行研究,利用數(shù)值模擬方法對(duì)無檔板和有擋板攪拌釜內(nèi)的多相流動(dòng)進(jìn)行測(cè)量,獲得不同葉片傾角和不同葉片組合方式下,軸向速度分布、循環(huán)速度分布、氣相體積分布及VDF相體積分布等流體力學(xué)參數(shù)。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn),（1）在能耗方面:攪拌釜功率隨傾角的增大而減小;同一傾角下,斜葉開啟渦輪葉片的能耗要比斜葉圓盤渦輪葉片的能耗低;相同條件下,無擋板攪拌釜能耗要比有擋板攪拌釜能耗低。（2）在速度分布方面:傾角θ=45°時(shí),速度的軸向分量最大;相同條件下,斜葉開啟渦輪葉片在監(jiān)測(cè)區(qū)域的“有效軸向速度... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁(yè)數(shù)】：83 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

攪拌HouariAmeur利用CFD的方法研究

很大影響，因此湍流的強(qiáng)度和湍流擴(kuò)散就顯得極為重要。渦旋通常伴隨著湍流產(chǎn)生，其具有隨機(jī)性和多尺度性，因此也就決定了湍流也具備這樣的性質(zhì)[24]。湍動(dòng)能的級(jí)串概念中提到，湍流場(chǎng)能量傳遞是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，能量從大到小的傳遞與渦旋的變形密切相關(guān)。但是并沒有通過理論的方法去驗(yàn)證這一理論。后來Kolmogorov用數(shù)學(xué)的方法表述了湍動(dòng)能的級(jí)串概念，并提出“柯爾莫戈洛夫湍流理論”。揭示了多尺度湍流渦旋的能量傳輸過程：大渦破裂成小渦，在這個(gè)過程中產(chǎn)生能量傳遞，小渦繼續(xù)分裂成更小的渦旋，直到能量發(fā)生耗散，如圖1.2所示：圖1.2湍動(dòng)能的級(jí)串示意圖各級(jí)尺度的渦旋都具有能量，能量大小與其渦尺度大小成比例。大尺度渦的能量較高，小尺度渦的能量較校在任何時(shí)刻，不同尺度的渦旋都是同時(shí)存在的，因此能量的傳遞和轉(zhuǎn)化也是一直存在的。孟慶國(guó)等人通過定量的分析邊界層轉(zhuǎn)捩中的動(dòng)力學(xué)過程，對(duì)湍流級(jí)串與邊界層轉(zhuǎn)捩的動(dòng)力學(xué)過程做了進(jìn)一步的研究，給出了各級(jí)尺度渦旋的演化過程[25]。冉政分析了有關(guān)湍流能量級(jí)串的理論，指出當(dāng)前的湍流研究方法是比較局限的，通過對(duì)Karman-Howarth方程的進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)湍流能量級(jí)串的演化過程是一種非線性變化[26]。渦作為湍流的肌腱，在湍流的生成、演變過程中扮演著重要的角色。在湍流的研究中，渦的定義和識(shí)別一直以來都是一個(gè)難題，長(zhǎng)期以來，研究人員提出Q[27]、λ2[28]、Δ[29]和λci[30]等渦識(shí)別方法用以研究湍流中的渦結(jié)構(gòu)，這對(duì)描述流體運(yùn)動(dòng)起到關(guān)鍵的作用。在攪拌釜內(nèi)，不同攪拌葉片在旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的主要流動(dòng)結(jié)構(gòu)不同。相同的葉片在不同的攪拌釜結(jié)構(gòu)下，產(chǎn)生的流動(dòng)狀態(tài)也有巨大的差異。因此，在這樣復(fù)雜的背景下，釜內(nèi)流體微團(tuán)的主要運(yùn)動(dòng)方式也千差萬(wàn)別，這對(duì)于攪拌釜內(nèi)不同物料的剪切、混合

碩士學(xué)位論文7第二章攪拌設(shè)備基本工作原理及推進(jìn)葉片設(shè)計(jì)2.1攪拌設(shè)備簡(jiǎn)介攪拌或混合是指對(duì)不同介質(zhì)均勻混合的操作。在石油化工領(lǐng)域中的攪拌多為氣-液、液-液及固-液攪拌，攪拌操作需要攪拌設(shè)備完成，攪拌過程是攪拌葉片通過旋轉(zhuǎn)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為流體的能量，并在攪拌釜內(nèi)形成適當(dāng)?shù)牧鲌?chǎng)，加快不同相間的混合[35]。攪拌操作涉及混合、分散、溶解、結(jié)晶、傳熱和化學(xué)反應(yīng)等，其目的可分為：(1)使互溶物料相互混合，使不互溶的物料均勻分散；(2)強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱；(3)促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)；圖2.1攪拌設(shè)備示意圖攪拌設(shè)備一般由旋轉(zhuǎn)裝置，攪拌釜及密封結(jié)構(gòu)三個(gè)主要部分組成，如圖2.1所示。旋轉(zhuǎn)裝置包括攪拌葉片和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，其中攪拌葉片是攪拌設(shè)備中的核心部件，它將機(jī)械能傳遞給攪拌物料并在釜內(nèi)產(chǎn)生流動(dòng)，迫使物料不斷運(yùn)動(dòng)以達(dá)到混合的目的。密封結(jié)構(gòu)是攪拌設(shè)備中的重要組成部分，由于攪拌設(shè)備多用于化工、食品醫(yī)藥等領(lǐng)域，在生產(chǎn)過程中要極力避免發(fā)生泄漏，對(duì)其運(yùn)行的安全性有著非常高的要求，因此密封結(jié)構(gòu)多采用機(jī)械密封。攪拌釜是由釜體以及附帶設(shè)備組成，工業(yè)上常用的攪拌釜多為圓筒狀的壓力容器，為避免釜內(nèi)形成流動(dòng)死區(qū)，減弱混合能力，通常把攪拌釜的上下封頭設(shè)計(jì)為半球形或橢球形。釜體上常裝有各種附帶設(shè)備，常見的有擋板、溫度計(jì)接管等。

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