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固-液搅拌槽内颗粒离底悬浮临界转速的CFD模拟
第3【)卷第6期
北京化工大学学报v“3().No6
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固.液搅拌槽内颗粒离底悬浮临界转速的CFD模拟
钟丽黄雄斌贾志刚
(北京化l二大学化学工程学院,北京100029)
摘要:使用计算流体力学(cFD)软件FLuENT对固一液搅拌槽内颗粒离底悬浮临界转速进行了cFD数值模拟。
搅拌槽直径丁=500mm。四块挡板均布,搅拌桨为标准六直叶涡轮桨。两相物系为石英砂.水,固体体积分数为
5%。文中使用不同的方法作为颗粒离底临界悬浮的判据.推算出颗粒离底临界悬浮转速N刚计算得出的Ⅳ.,值和
文献数据比较有较好的一致性。同时研究了搅拌槽内的固体浓度分布和固、渡两相的速度分布;比较了6个不同
搅拌转速下的固体颗粒悬浮状况。
关键调:颗粒离底悬浮临界转速;计算流体力学(cFD);固一液搅拌槽
中图分娄号:TQ027.1
固体体积分率,以及高于N.。时的悬浮高度,cFD预
引 言
测结果和文献中实验结果在速度分布和悬浮高度方
固体悬浮是搅拌技术中很常见的操作,广泛的 面有很好的一致性。目前所报道的数值模拟研究大
应用在化工、冶金、食品等工业过程中。对固一液悬 都集中在固体颗粒的浓度分布上,还没有关于完全
浮搅拌设备的研究重点是如何以最小的能耗获得所 离底悬浮临界转速N.。方面研究的报道。本文的目
需的悬浮效果。固体粒子完全离槽底悬浮起来。简 的是对搅拌槽内固液悬浮的临界悬浮转速进行预
称完全离底悬浮。达到完全离底悬浮状态所需的最 测,将模拟结果和文献数据进行对比。主要是对计
低搅拌速度叫做临界转速N。N.。的概念大约在 算流体力学的方法能否对临界悬浮转速做出合理的
40年代被引入,但是至今仍然是工程师们处理固液 预测进行初步的验证。传统的完全离底悬浮的判据
体系问题的最主要的设计参数之一…。研究人员 是固体颗粒在槽底的停留时问不超过1~2s,这需
发表了很多关于临界转速的经验关联式控J。其中, 要耗时较长的动态模拟才能实现。确定适合于稳态
模拟的新判据,也是本研究的一个目的。本研究中
zwietenng的关联式”1应用最广泛。目前,N,。值一
般是在实验室尺度的槽中通过冷模实验获得,由此 选用的标准六直叶涡轮对于固一液体系的搅拌并不
放大到工业混合器中。对于工业应用的高压、高温 是合适的桨型,但是作为标准桨型其文献数据多,并
等复杂条件的反应器,在实验室是无法得到所需详 且结构简单,易于网格的划分和计算的收敛,所以为
细信息的。随着计算流体力学(cFD)技术的发展,验证数值模拟方法的可行性,选取了此种桨型。
不依赖实验数据对给定条件下的反应器的流体流动
1 固一液两相流的模拟
状况进行预测已成为可能。近年来在单相流体的研
究方面已经取得了很大的进步。对本文涉及的搅拌 1.1计算体系
1.1.1搅拌槽结构计算所采用的搅拌槽槽体为
槽内固一液两相流体系,BrUcac0等人在1996年和
圆柱形,均布4块档板。搅拌槽直径T=O.5m,液
1997年[41模拟了搅拌槽中固体颗粒的三维分布。
2000年G.Micale等人【5】对单层桨和多层桨的搅拌
槽内中低浓度固体颗粒的分散进行了研究。2001拌桨是标准六直叶涡轮,桨直径D=T/3,
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