种分槽机械搅拌的模拟研究

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铝酸钠溶液的晶种分解是拜耳法生产氧化铝的关键工序之一,它不仅影响产品氧化铝的数量和质量,而且直接影响循环效率及其他工序。因此深入了解种分过程的各个影响因素,对改进种分槽内部结构、解决槽底沉积问题、提高氧化铝产量与质量,以及促进氧化铝工业技术进步都具有重要的理论和实际意义。本文以改进的Intermig桨种分槽为研究对象,利用商业CFD软件FLUENT12.0和并行计算系统图形工作站,对其做了进一步系统的研究。首先针对水模型实验进行了数值模拟研究,模拟结果与实验结果基本一致,验证了利用CFD对种分槽内部流场和固液混合特性进行研究的可能性。然后,在水模型模拟研究的基础上采用雷诺时均方程(RANS)的Realizablek-£模型、Eulerian多相流模型以及多重参考系(MRF),对实际物料下的种分槽进行数值模拟,研究了搅拌转速、桨叶离底距离、桨叶直径对氢氧化铝颗粒悬浮规律的影响。通过对浓度场和速度场的分析得到转速越大、桨叶直径D越大,越有利于颗粒悬浮,过低和过高的桨叶离底距离C都不利于颗粒悬浮。运用同样的模拟方法对临界悬浮转速和搅拌功率进行了模拟。在其他条件一定时,存在最佳的桨叶离底距离可以使临界悬浮转速达到最小值。转速和桨叶直径对功率消耗影响较大,转速越大、桨叶直径越大,搅拌功率越大;随着桨叶离底距离的增大,搅拌功率先增大最后趋于稳定,但桨叶离底距离对功率影响较小。对种分搅拌槽内铝酸纳—氢氧化铝固液两相流场系进行的数值模拟,从CFD角度研究了种分槽内固—液悬浮规律。搅拌转速一定的条件下,存在最佳的桨叶离底距离和桨叶直径可在较小的功率消耗下得到较好的颗粒悬浮效果。本研究中得到的相对最佳值为C=111mm,D=255mm。其结果对工业上,技术更新以及设备改进具有一定的参考价值。
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