機械攪拌混合工藝湍流數(shù)值模擬及參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、機械攪拌混合過程可隨水量、投藥量及水質(zhì)變化等調(diào)整轉速以保證混合效果，具有較廣闊的適應性。由于攪拌混合池內(nèi)流場復雜，人們對流體混合動力學機制缺乏深刻的認識，所建立的混合控制參數(shù)，都是基于全場的宏觀參數(shù)。近年隨著數(shù)值計算理論及技術的迅速發(fā)展，湍流數(shù)值模擬方法在水處理工藝的理論研究、工程設計以及生產(chǎn)實踐中得到逐步應用。運用流體數(shù)值模擬技術，研究水處理工藝中機械攪拌過程的流體混合動力學機制，基于流場信息實現(xiàn)混凝工藝的設計及運行優(yōu)化，既具有理論意

2、義又具有工程實用價值，正在受到眾多研究人員的密切關注。
　　本文將湍流數(shù)值模擬方法應用于水處理混合工藝的研究，利用FLUENT軟件，采用RNG kε湍流模型，針對某一實際運行中的雙層、45°折葉槳式機械攪拌混合工藝進行合理模化，設定結構和運行參數(shù)，以此作為研究對象進行攪拌混合過程各種運行工況下的數(shù)值模擬，并通過物理實驗驗證了數(shù)值模擬結果的可信性。通過機械攪拌混合池流場的數(shù)值模擬，分析了流場中的速度、湍流強度以及剪切速率的分布規(guī)律。

3、研究了混合過程中的功率消耗以及加藥點位置對濃度分布和混合時間的影響。驗證了應用數(shù)值模擬方法計算攪拌混合功率準數(shù)的可行性，提出了基于數(shù)值試驗代替物理實驗確定功率曲線的方法。研究了攪拌槳直徑、跨距、在液面下的深度以及轉速等工藝參數(shù)對于湍流強度、混合效果以及攪拌功率的影響。
　　研究表明45°傾角折葉槳形成的攪拌混合流場除槳葉區(qū)域外剪切速率偏小，但整體循環(huán)能力較強，有利于混合池內(nèi)藥液的均勻攪拌和充分混合，屬于循環(huán)型槳葉。整個混合池內(nèi)流體

4、在中心攪拌軸處隨著槳葉的旋轉自上而下運動，在池壁四周自下而上運動，形成軸流式攪拌混合流動。依靠葉輪的機械攪拌作用，混合池內(nèi)形成了兩個相對獨立的流動區(qū)域，即主體循環(huán)流區(qū)和二次誘導循環(huán)流區(qū)。建立了用以定量描述湍流強度分布狀況和混合效果的“均勻性指數(shù)”及“混合均勻度”評價指標，提出了基于流場控制的混合過程評價方法。通過分析“均勻性指數(shù)”和“混合均勻度”規(guī)律的一致性，揭示了混合效果與湍流強度密切相關。因此加快混合效率、改善混合效果的關鍵在于控制

5、湍流場的分布狀態(tài)。
　　分析了混合時間與監(jiān)測點的關系，指出同一工況下、不同位置的監(jiān)測點只是對混合時間的表征不同，并不真正影響混合過程。同一監(jiān)測點相對于不同運行工況下的混合時間，能夠反映其混合效率。加藥點位置不同，對于同一監(jiān)測點的濃度響應不同。加藥點位置對流場本身和混合過程的功率消耗沒有影響。然而，基于流場分析合理的確定加藥點位置能夠改善混合效果，提高混合效率。此外，基于數(shù)值模擬試驗確定了機械攪拌混合工藝的優(yōu)化參數(shù)，通過分析攪拌槳上

6、、下層之間的跨距和攪拌槳在液面下的深度對流場沿軸向分布規(guī)律的影響，指出合理的選擇跨距和在液面下的深度，能夠在幾乎不增加攪拌功率的條件下改善混合效果。通過分析攪拌槳槳徑和轉速對于流場及混合過程的影響，表明增大槳徑和轉速將會較大幅度的加大功率消耗。因此，在選擇槳徑和轉速時需要從混合效率、混合效果以及節(jié)能降耗等方面充分考慮，以達到運行優(yōu)化的目的。
　　本文基于流場細節(jié)深化了對于混合過程的認識，通過數(shù)值模擬試驗確定了機械攪拌混合工藝的優(yōu)化