固-液搅拌槽内混合特性的数值模拟研究

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反应结晶常用于工业的分离、提纯和净化等过程,结晶过程常在搅拌槽内完成,搅拌槽的结构和槽内的混合状况对结晶产品有较大影响。本文针对间歇式搅拌槽和连续式搅拌槽内的搅拌混合设备进行了一系列探究,主要研究了搅拌槽的流动状况、混合情况和消耗功率大小等,为工业搅拌设备的选取、设计与优化提供了有力的依据。本文使用计算流体力学CFD对搅拌槽做了以下主要内容的研究:  (1)对间歇式搅拌槽内的流场、浓度场进行了仿真,得到了湍动能分布曲线图,其与实验值和文献值吻合度很好,验证了计算流体力学CFD仿真方法的正确性,为以后的仿真计算奠定了基础。  (2)对间歇式搅拌槽内的槽底部进行优化,分别考察了平底搅拌槽和锥盘底搅拌槽对整个搅拌槽内混合特性的影响,从混合时间、单位体积搅拌功率、湍动能和固相速度上对比了平底搅拌槽和锥盘底搅拌槽的差别。对锥盘底搅拌槽内不同桨径比的流型转变高度进行了探究,45°圆盘涡轮式搅拌桨直径对固液混合时间数,单位体积混合能,浓度标准差,湍动能和湍动耗散率,和固相离底悬浮临界转速的影响,找到搅拌桨直径的最佳取值范围,为工业中搅拌桨直径的选取提供理论依据。  (3)对连续式搅拌槽内的导流筒进行了优化,主要从浓度标准差、混合时间、单位体积搅拌功率和湍动能四方面分析了导流筒的位置、导流筒直径和导流筒高度对搅拌槽内混合效果的影响,选择出导流筒的最佳位置、直径和高度。进料口位置主要是进料口的轴向位置和径向位置,也就是进料口距液面的距离和进料口距搅拌轴的距离,研究了不同进料口位置下的混合效果。又分析了进口物料浓度、速度和颗粒大小以及搅拌桨转速对整个搅拌槽内混合效果的影响。找到了连续式搅拌槽内合理的结构和工艺参数。  (4)用正交实验方法对连续式搅拌槽内的重要零部件——导流筒进行了研究,经过对导流筒位置、高度和直径三个因素和各个因素的三个水平进行实验,找到了影响浓度标准差、混合时间和搅拌桨功率的主次因素和各个因素的较优水平。
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