【摘要】：攪拌設備是化工、制藥等工業(yè)過程中最關鍵的操作單元之一,其操作性能直接影響著工業(yè)生產的成本、效率及產物的質量,攪拌過程的流體力學研究及攪拌設備的設計優(yōu)化一直以來都是科學研究的重點。本文針對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模型兩個湍流模型等一系列計算流體力學方法對單一液相體系的攪拌過程及不同分散相體積分數的液-液兩相體系的混合過程進行數值模擬計算,通過對比基于兩種湍流模型的模擬所預測的速度場結果與實驗檢測結果的吻合度、分散相分布情況及計算成本,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。在攪拌器標準擋板的基礎上,設計了一種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壁,頂角的角度有30°、60°和90°三種。借助數值方法模擬了分散相體積分數為7%的液-液兩相流在無V形橫向擋板攪拌器與帶有V形橫向擋板攪拌器內的攪拌混合過程,通過考察流場的速度分布、湍動能、分散相分布、攪拌槳扭矩及攪拌功率等的數值模擬結果,分析討論了V形橫向擋板對攪拌器混合性能的影響。研究結果表明:雖然RNG k-ε模型是Standard k-ε模型的改進模型,且RNG k-ε模型模擬的計算成本更低,然而基于Standard k-ε模型的模擬所預測的速度場結果與實驗結果的吻合度較好、預測的分散相分布更能反映真實的液-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攪拌釜釜壁沖擊帶來的能量損耗、提高流場的湍動能、降低攪拌槳扭矩、降低攪拌功率、改善混合效果。通過對數值模擬結果的綜合分析,當V形橫向擋板的頂角為60°時攪拌器的混合性能表現最優(yōu)。
【圖文】：

基于渦輪式攪拌過程的數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）攪拌槳的結構類型按照攪拌槳的結構類型進行分類，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行分類主要根據流體介質的黏性分為低黏度攪拌器和高粘度攪拌器。其中推進式、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的攪拌操作。（3）流場流型按流場流型進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，混合流型攪拌器內流體介質的流型既有軸向流又有徑向流。其中推進式、錨

成的旋渦會將氣體由流體表面卷入流體內部，降低物料的表觀密度。擋板的存在有效抑制了流體介質的切向流動，將流體的切向流動轉化為軸向流動及徑向流動（攪拌器內流場的流型如圖1-2所示），消除打旋現象，改善了混合效果。圖1-2 攪拌器內流場的流型Figure 1-2 Flow patterns of the flow field in the agitators國內外研究人員都曾做過一些極具代表性研究，揭示了攪拌過程中擋板的存在與否、擋板數量、擋板長度等因素對流體流動特性的影響機制。Hashimoto等人[52]對比研究了在層流條件下帶擋板攪拌器與無擋板攪拌器流體混合特性，發(fā)現相比無擋板攪拌器，帶擋板攪拌器的擋板可以放大由攪拌槳葉片產生的微小流體波紋擾動，同時可以在擋板自身附近產生新的流體波紋擾動，流體介質的流動形態(tài)由切向流轉變?yōu)閺较蛄骱洼S向流，促使攪拌釜內流體的混合得到進一步增強。Tamburini等人[53]比較了不同雷諾數（Re）下有/無擋板的六葉片渦輪式攪拌器攪拌過程中的流體流動特性。雷諾數從0.2到600，涵蓋了從蠕變到早期湍流的范圍。
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ027.2

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本文編號：2607041