基于颗粒动力学理论的搅拌器中固液流动的数值模拟
发布时间：2021-03-31 05:50
在欧拉双流体模型基础上引入颗粒动力学理论（KTGF）,对带挡板圆盘涡桨式搅拌器内的固液两相流动进行数值模拟。结果表明,搅拌器底部颗粒温度分布与固相浓度分布趋势吻合,转速低于600 r/min时,槽底会形成明显的颗粒沉积,转速从600 r/min增至1 500 r/min,堆积区向轴中心收缩,基于颗粒动力学理论可以合理解释挡板及叶轮转速对固相浓度分布的影响。随叶轮转速增大,搅拌器内固液两相湍流运动加剧,颗粒温度、湍动能及轴向速度增加,颗粒分布更均匀,但达到完全悬浮状态后颗粒温度趋于稳定。搅拌器底部和挡板处颗粒堆积导致了局部颗粒浓度增加及颗粒平均自由行程减少,颗粒温度反而降低;同时挡板布置使搅拌器内形成了双循环回路,加强了流体的湍流程度,增强了湍动能,但导致颗粒在挡板处积聚,不利于固相在挡板处均匀分布。
【文章来源】：过程工程学报. 2020,20(03)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
搅拌器结构简图Fig.1Structureofstirredvessel
268过程工程学报第20卷kg/m3,=0.001Pa·s)。图1搅拌器结构简图图2搅拌器网格划分Fig.1StructureofstirredvesselFig.2Gridstructureofstirredvessel0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.00.51.01.52.02.5/avr/RZ/H=0.2Gridnumber9.01041.21051.5105图3颗粒浓度径向分布的网格无关性验证Fig.3Gridindependenceverificationonradialprofileofsolidconcentration3结果与讨论3.1搅拌器内流场与模型验证图4为转速1200r/min时CFD模拟的挡板间垂直界面上的固相速度矢量图和固相体积分布图。由图4(a)可知，搅拌器内叶轮转动形成了典型的“双循环”回路[26]。在叶轮处，流体高速从叶端水平排出，在壁面处受阻分成上下两股流体流动，再循环后返回叶轮区，且在槽顶面附近速度矢量显示该区域的流场非常弱。研究[21,25]将颗粒浓度≥10vol%的悬浮液与容器上部透明液相间的交界面的高度称为云高度。Kraume[27]认为云高度为90%(Hcloud=0.9H)时达到完全悬浮状态。图4(b)显示固体颗粒在容器底部中心轴周围累积，但在上下两个循环回路中固体分布均匀。顶部表面附近几乎观察不到固体，表明在容器顶部存在透明液体层。基于Kraume[27]提出的标准，叶轮转速为1200r/min时实现了完全悬浮，这与文献[24]中实验结果一致。(a)Velocityvector(b)Solidvolumefraction图4挡板中间平面固体速度矢量图和固体含量分布图Fig.4Profilesofvelocityvectorandsolidvolumefractionofparticlesonaxialcenterplanewithbaffles
268过程工程学报第20卷kg/m3,=0.001Pa·s)。图1搅拌器结构简图图2搅拌器网格划分Fig.1StructureofstirredvesselFig.2Gridstructureofstirredvessel0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.00.51.01.52.02.5/avr/RZ/H=0.2Gridnumber9.01041.21051.5105图3颗粒浓度径向分布的网格无关性验证Fig.3Gridindependenceverificationonradialprofileofsolidconcentration3结果与讨论3.1搅拌器内流场与模型验证图4为转速1200r/min时CFD模拟的挡板间垂直界面上的固相速度矢量图和固相体积分布图。由图4(a)可知，搅拌器内叶轮转动形成了典型的“双循环”回路[26]。在叶轮处，流体高速从叶端水平排出，在壁面处受阻分成上下两股流体流动，再循环后返回叶轮区，且在槽顶面附近速度矢量显示该区域的流场非常弱。研究[21,25]将颗粒浓度≥10vol%的悬浮液与容器上部透明液相间的交界面的高度称为云高度。Kraume[27]认为云高度为90%(Hcloud=0.9H)时达到完全悬浮状态。图4(b)显示固体颗粒在容器底部中心轴周围累积，但在上下两个循环回路中固体分布均匀。顶部表面附近几乎观察不到固体，表明在容器顶部存在透明液体层。基于Kraume[27]提出的标准，叶轮转速为1200r/min时实现了完全悬浮，这与文献[24]中实验结果一致。(a)Velocityvector(b)Solidvolumefraction图4挡板中间平面固体速度矢量图和固体含量分布图Fig.4Profilesofvelocityvectorandsolidvolumefractionofparticlesonaxialcenterplanewithbaffles
【参考文献】：
期刊论文
[1]搅拌固液悬浮研究进展[J]. 杨锋苓,周慎杰. 化工学报. 2017(06)
[2]高固含率搅拌槽内颗粒分布及悬浮特性的数值模拟[J]. 盛勇,刘庭耀,韩丽辉,刘青. 过程工程学报. 2017(01)
[3]基于CFD流场模拟的反应釜结构设计[J]. 徐胜利,张博伦,程昉. 化工进展. 2016(S2)
[4]错位桨搅拌槽内污泥与固体颗粒混合过程的数值模拟[J]. 朱桂华,张丽欣,马凯,王万斌. 过程工程学报. 2016(03)
[5]改进型INTER-MIG搅拌槽内固液悬浮特性的数值模拟[J]. 周勇军,卢源,陈明濠,梁家勇. 过程工程学报. 2014(05)
[6]不同挡板絮凝反应器流场的实验研究[J]. 孙姣,崔绍华,孙泽沾,康勇. 化工进展. 2012(08)
本文编号：3110915
【文章来源】：过程工程学报. 2020,20(03)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
搅拌器结构简图Fig.1Structureofstirredvessel
268过程工程学报第20卷kg/m3,=0.001Pa·s)。图1搅拌器结构简图图2搅拌器网格划分Fig.1StructureofstirredvesselFig.2Gridstructureofstirredvessel0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.00.51.01.52.02.5/avr/RZ/H=0.2Gridnumber9.01041.21051.5105图3颗粒浓度径向分布的网格无关性验证Fig.3Gridindependenceverificationonradialprofileofsolidconcentration3结果与讨论3.1搅拌器内流场与模型验证图4为转速1200r/min时CFD模拟的挡板间垂直界面上的固相速度矢量图和固相体积分布图。由图4(a)可知，搅拌器内叶轮转动形成了典型的“双循环”回路[26]。在叶轮处，流体高速从叶端水平排出，在壁面处受阻分成上下两股流体流动，再循环后返回叶轮区，且在槽顶面附近速度矢量显示该区域的流场非常弱。研究[21,25]将颗粒浓度≥10vol%的悬浮液与容器上部透明液相间的交界面的高度称为云高度。Kraume[27]认为云高度为90%(Hcloud=0.9H)时达到完全悬浮状态。图4(b)显示固体颗粒在容器底部中心轴周围累积，但在上下两个循环回路中固体分布均匀。顶部表面附近几乎观察不到固体，表明在容器顶部存在透明液体层。基于Kraume[27]提出的标准，叶轮转速为1200r/min时实现了完全悬浮，这与文献[24]中实验结果一致。(a)Velocityvector(b)Solidvolumefraction图4挡板中间平面固体速度矢量图和固体含量分布图Fig.4Profilesofvelocityvectorandsolidvolumefractionofparticlesonaxialcenterplanewithbaffles
268过程工程学报第20卷kg/m3,=0.001Pa·s)。图1搅拌器结构简图图2搅拌器网格划分Fig.1StructureofstirredvesselFig.2Gridstructureofstirredvessel0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.00.51.01.52.02.5/avr/RZ/H=0.2Gridnumber9.01041.21051.5105图3颗粒浓度径向分布的网格无关性验证Fig.3Gridindependenceverificationonradialprofileofsolidconcentration3结果与讨论3.1搅拌器内流场与模型验证图4为转速1200r/min时CFD模拟的挡板间垂直界面上的固相速度矢量图和固相体积分布图。由图4(a)可知，搅拌器内叶轮转动形成了典型的“双循环”回路[26]。在叶轮处，流体高速从叶端水平排出，在壁面处受阻分成上下两股流体流动，再循环后返回叶轮区，且在槽顶面附近速度矢量显示该区域的流场非常弱。研究[21,25]将颗粒浓度≥10vol%的悬浮液与容器上部透明液相间的交界面的高度称为云高度。Kraume[27]认为云高度为90%(Hcloud=0.9H)时达到完全悬浮状态。图4(b)显示固体颗粒在容器底部中心轴周围累积，但在上下两个循环回路中固体分布均匀。顶部表面附近几乎观察不到固体，表明在容器顶部存在透明液体层。基于Kraume[27]提出的标准，叶轮转速为1200r/min时实现了完全悬浮，这与文献[24]中实验结果一致。(a)Velocityvector(b)Solidvolumefraction图4挡板中间平面固体速度矢量图和固体含量分布图Fig.4Profilesofvelocityvectorandsolidvolumefractionofparticlesonaxialcenterplanewithbaffles
【参考文献】：
期刊论文
[1]搅拌固液悬浮研究进展[J]. 杨锋苓,周慎杰. 化工学报. 2017(06)
[2]高固含率搅拌槽内颗粒分布及悬浮特性的数值模拟[J]. 盛勇,刘庭耀,韩丽辉,刘青. 过程工程学报. 2017(01)
[3]基于CFD流场模拟的反应釜结构设计[J]. 徐胜利,张博伦,程昉. 化工进展. 2016(S2)
[4]错位桨搅拌槽内污泥与固体颗粒混合过程的数值模拟[J]. 朱桂华,张丽欣,马凯,王万斌. 过程工程学报. 2016(03)
[5]改进型INTER-MIG搅拌槽内固液悬浮特性的数值模拟[J]. 周勇军,卢源,陈明濠,梁家勇. 过程工程学报. 2014(05)
[6]不同挡板絮凝反应器流场的实验研究[J]. 孙姣,崔绍华,孙泽沾,康勇. 化工进展. 2012(08)
本文编号：3110915
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