Rushton攪拌釜中單相流場DES模擬與通氣功率模型研究.pdf

1、攪拌釜反應(yīng)器由于其外加機(jī)械攪拌，液相湍動(dòng)劇烈，具有混合效果好、相接觸面積大、傳熱和傳質(zhì)效率高等特點(diǎn)而在化工、生物、食品、制藥等工業(yè)過程中有著非常廣泛的應(yīng)用。然而，與其有關(guān)的理論及計(jì)算方法卻仍不完善，許多還是處在半經(jīng)驗(yàn)半理論階段。因而，越來越多的學(xué)者利用計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，CFD)方法可以對(duì)攪拌過程進(jìn)行數(shù)值模擬，使得流場可視化，給人們以清晰的認(rèn)識(shí)。
　　 在湍流模擬方面，主要可分

2、為直接數(shù)值模擬(DNS)、大渦模擬(LES)、雷諾平均方法 (RANS) 三種。脫體渦數(shù)值模擬(DES)是近年來出現(xiàn)的一種結(jié)合了雷諾平均方法(RANS)和大渦數(shù)值模擬(LES)兩者優(yōu)點(diǎn)的湍流模擬方法，可以被用來有效且快速的模擬大范圍分離的湍流流動(dòng)。
　　 據(jù)此，本文首次利用脫體渦數(shù)值分析方法(Detached eddy simulation，DES)研究了Rushton渦輪槳攪拌釜內(nèi)的流動(dòng)特性，并將模擬結(jié)果與RANS、LES模型

3、及文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：DES方法可獲得攪拌釜內(nèi)的瞬態(tài)流場；對(duì)槳葉區(qū)時(shí)均速度及湍流動(dòng)能的預(yù)測與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較吻合，比RANS模型計(jì)算結(jié)果有明顯改進(jìn)，所需的運(yùn)算時(shí)間比LES模型要少。
　　 另外考慮到傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式在工程上的簡單易用性，而Rushton氣液攪拌釜反應(yīng)器通氣時(shí)的攪拌功耗又是其設(shè)計(jì)與放大最重要的參數(shù)之一，國內(nèi)外雖報(bào)道了不少關(guān)聯(lián)式，但當(dāng)通氣速率很小時(shí)就會(huì)失去其合理性。所以本文對(duì)通氣功率進(jìn)行了探討，首次提出將其分為