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摘要本论文采用分离涡模拟研究了单循环流涡轮桨搅拌槽流动特性，重点分析了流场结构和轴向速度分布，以及改变考察搅拌不同位置时的流动特性、搅拌功率特性影响，以检验该模型模拟搅拌槽内流体流动的有效性和正确性。为了加快收敛，先采用标准k−ε模型进行稳态流场计算，并以此结果为初始值进行分离涡模拟. 与实验结果对比表明，分离涡模型能捕捉槽内流体的瞬时流动特征，获得的时均速度分布,功率准数与实验结果吻合较好。当叶轮到容器底部的间隙由C/T=0.33减少至0.15时，观察双循环到单循环的过渡。8787
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关键词 涡轮桨 搅拌槽 湍流 分离涡模拟
毕业设计说明书（论文）外文摘要
Title Detached Eddy Simulation of single-loop Flow in Stirred Tank Driven by a Rushton Impeller
Abstract
The detached eddy simulation (DES) model was employed to study the fluid flow behavior in a single-loop flow tank stirred by a Rushton impeller. The paper focuses especially on the flow field and the axial velocity profile, as well as the effect of clearance on the flow patterns and power number, which can be considered as a way to test the validity and correctness of the model to simulate a fluid flow in a stirred tank.The result of turbulent flow obtained by standard k−εmodel was used as an initial solution for faster convergence of DES computation. By comparison with the literature results of LDV data, it was found that DES model could capture the instantaneous turbulent flow characteristics. The mean velocity profiles and the power number obtained by DES model showed good agreement with the experimental results. The double-loop to single-loop transition observed when impeller clearance from the vessel bottom is suitably reduced, can be well reproduced by the DES model.
Keywords Rushton impeller stirred tank turbulent flow detached eddy simulation
目 次
1 引言 1
1.1 工业背景与研究意义 1
1.2 模拟方法介绍 2
1.3 测量方法介绍 5
1.4 国内外研究现状 7
2 实验研究 11
2.1 搅拌槽配置 11
2.2 网格划分 12
2.3 模拟方法 13
3 结果与讨论 13
3.1网格大小对实验结果的影响 15
3.2 叶轮平均排流角度 15
3.3 轴向时均速度 16
3.4 功率准数 19
3.5 C/T=0.15轴向时均速度比较 20
4 误差分析 25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
1 引言
1.1 工业背景与研究意义
搅拌釜广泛应用于化工、冶金、食品、能源及环境等行业的各种混合过程中,能够为气─液搅拌混合操作提供搅拌过程所需要的能量和适宜的流动状态，但搅拌设备的设计需要大量的有关设备内的混合及传递方面的信息。而机械搅拌槽内流体的流动状况及搅拌釜桨叶的运转情况对设备的效率和釜内流体及能量消耗有着很大的影响，研究流体流场和桨叶的运转情况，对设备改进和放大有重要的意义[1]。因此，大量旨在量化搅拌釜的性能的研究已开展。由于搅拌槽内流动的复杂性，常用的研究手段主要是实验和数值模拟，其中数值模拟因具有成本低、速度快、资料完备等优点而越来越受到重视。先进的计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)模拟技术能够显著改善设计能力以及搅拌反应器的可靠性预计。CFD模拟能提供获取详细信息流和湍流领域的现实实际分布参数的过程模拟。此外,CFD-based模拟能有效地处理仪器仪器的实际尺寸,避免放大的不确定性。