连续搅拌釜流场数值模拟和停留时间分布.pdf

维普资讯 连续搅拌釜流场数值模 拟及停留时间分布 董红星 杨晓光 王兴超 黎亚明 (哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院 黑龙江 哈尔滨 150001) 【摘 要 】连续流动搅拌釜广泛应用化工生产过程，本文采用CFD软件对间歇流 场和连续流动单层及双层直六叶涡轮搅拌釜的三维流场进行了数值模拟 ，使用脉 冲法对相应的搅拌釜内液体的停留时间分布 (RTD)进行 了测定，并通过对比方 差讨论 了搅拌桨转速及流量对流体流动状态的影响。 【关键词 】连续流动搅拌釜数值模拟流场停留时间分布对比方差 连续流动搅拌釜广泛应用石 其模拟与实验结果接近 。由此可 油、化工、制药等化工过程。流体 见文献报道的该方面的研究都停 在搅拌釜 的流动特性直接影响着 留在间歇操作模拟的层面上 ，并 反应速率 、反应选择率及反应结 没有将模拟结果—— “分布场”所 果 。对连续流动搅拌釜内流体流 对应的实际流体流动状态及流型 动特性进行研究对反应器结构 的 进行关联 ，也没有从这一角度分 优化设计 、提高产率等具有十分 析其流动状况对反应结果的影响。 重大的意义。 本文采用cFD软件对连续操作下 近年来 ，国内外学者广泛把计 的单层及双层涡轮搅拌釜的三维 算流体动力学 (CFD)技术应用到 流场进行 了数值模拟 ，并使用脉 化工模拟计算 中，其研究焦点集 冲法对相应搅拌釜 内液体的停 留 中在间歇搅拌釜内流体 的混合时 时问分布 (RTD)进行了测定 ，通 间的数值模拟 I『_引，E．Sah一1e— 过对 比方差讨论 了搅拌桨转速及 Demessie等采用Fluent对搅拌釜光 流量对流体流动状态的影响，对 催化反应器中气体停 留时间进行 连续流动搅拌釜 的优化设计及指 了数值模拟 1，其模拟结果与实验 导生产实践提供一定 的理论依据。 数据吻合良好；BvungS．Chd，Binwan 等运用CFD模拟 了搅拌反应釜内 1 连续操作下搅拌釜内流体 气体停 留时问分布及流动情况 1， 流动的数值模拟 1．1流体力学模型 流体不可压，为简化计算，假 设搅拌釜内流体 的时均运动为稳 定流动 ，忽略周期运动对搅拌釜 I 2008．06J石油和化工设螽I19 维普资讯 内流体宏观运动的影响。 计算中所用 的网格为非结构 四面 场的模拟结果，转速为600rad／min， 连续操作下 ，在直角坐标系 体网格，其收敛性较好。计算在稳 进料流量为 80L／h，搅拌釜体积与 (x,y，z)中连续性方程为： 态条件下采用标准的双参数模型， (a)相 同。 + 旦 + 一 利用SIMPLE算法采用压力与速度 由图1中可以看 出，采用连续 。 。 的耦合方式 ，压力方程采用Standard 操作时搅拌釜 内上层搅拌桨以上 式中，p为密度， 佃 ； 、 格式，其余方程均采用一级迎风 部分流体速度明显大于间歇操作 、 ， 分别为 ， ，z方向的速 格式进行离散。每个收敛方程 的 时的流体速度，搅拌釜内的死区 度分量，口 。 收敛程度均达到 10～。 范围得到减小 ，整个搅拌釜 内的 动量、能量及紊流方程采用统 速度分布更加均匀 ，对于连