不同转速下搅拌器混合效果数值模拟
的高径比例 ，一般工况下取值为 ｌ ～ １ ． ３ 。最 高可达到
６ Ｅ有 。
１ 一 搅 拌罐 ；２ 一 马达机 架 ；３ － 搅 拌轴
４ 一 上浆 叶 ；５ 一 下 桨叶 图１ 搅 拌 器结 构 示 意图
（ ２） 搅 拌 器桨 叶 与罐 底 之间 的距 离 。通 过探 究 这
两者 之 问 的距 离 讨 论其 对 搅拌 器 内流 场规 律 的 影 响 ，根 据 不 同的 工 作情 况 ，分 析探 究 不 同 的间 距可 以优 选 出缩 短 搅 拌 时 间 ， 同时还 可 以提 高混 浆 效 率 。通 过 查 阅文 献 ．针对 不 同的 工 况 条件 ，曲面 罐底 和 Ｖ 型罐 底 ，它 们 之 间最小 的 距 离为 为《 ） ． １ ６ ７ Ｄ和（ ｝ ． ２ ５ Ｄ 。 搅拌 器 内影 响 水泥 浆 混 合效 果 的 因 素有 很 多 ，主 要 有 ：① 搅 拌 器 内流 场 的 流动 规 律 ； ② 桨 叶 的 叶型 、以 及安 装 位 置 以及 搅 拌 轴的 转 速 ；③ 固 相 水泥 颗粒 的 直径 的 大 小 、形 状 ； ④ 液 相 的 密度 与 粘 度 ；⑤ 固 体 颗粒 所 占的体 积 分 数 。通 过 分 析搅 拌 罐 内 流体 流 动 规律 ，主 要探 究转 速对 搅 拌罐 内水泥 浆 混合 效 率的 影 响 ，从而 来 提高 搅拌 罐 的混 紫 性能 。
３ ６ 南 Ｉ Ｉ ：
２ ０ １ ７ 年・ 第１ ０ 期
搅拌 罐 内液一固两相 混合 搅拌 是为 了使 固相颗 粒能够离开底部 比较均 匀的悬浮于流
场 内部 ，从 而促 进液相 与 固相之 间的接触 ，最终达 到均匀 混合的 目的。通过对 罐 内流 场进行 建模后 ，把流场 网格模 型导／ ￣Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ 软件 中进 行数值模 拟仿真 ，探 究流场 内流 体 的运 动规律 与混合情 况 ，针 对转速对搅拌 罐 内混合效果 的影响进行 数值计算 ，最终
数 为０ ． ４ ５ 。
Ｆ Ｌ ＵＥ Ｎ Ｔ 中设 置 为条 件 为 ：采 用Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ ３ Ｄ 求 解器 ，开 启 重 力 加速 度 ，方 向为 轴 向 负
向 ，大小 为９ ． ８ １ ｍ ／ ｓ ；方程组 采用分散隐式求 解 ；采用ｋ 一￡模型和ｍｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ 模型 ；桨叶区处
２ 网格划 分 及 边界 条件 与 求解 方法
在 对 流场 进 行 模拟 之 前 ，需要 对 ｌ 删格进 行 划 分 ，网格 划 分 的好 坏 对模 拟 的 结 果有 很 大 的影 响。 ＝ 。因 为搅 拌器 内流 场比 较复 杂 属 于 多相 流 ，所 以在 网格 划分 时 既要 在 重要 区 域精 细 又要 兼顾 计 算机 计 算能 力 ，因 而把 搅拌 器 分成 了 ５ 个 部分 如 图２ 所示
图２搅 拌 器流 道 划分 结构 示 意 图
图３搅 拌 器流 道 网格 划 分示 意 图
搅拌桨叶４ 个 区 域 网 格 细化 且 设置 为转 动 ， 另一 部 分 网格 尺 寸 相 对 大 且 没 置 为静 止 ， ４ 个转动部分与静止 部分定义２ ４ 个 交界面ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ，作 为转 动 与静 止 区 域 界 面 问 的 数 据 传 递 ，其 网格 结构 如 图３ 所示 。
使水泥颗粒能在搅拌罐 内均 匀分布 。
现 如 今 搅拌 操 作 非常 广泛 地应 用在 很 多 工业 生 产 操 作 中 ，特 别是 在 以 混 合 、分 散 、悬 浮等 为 目的的过 程工 业 中 ，常 通 过搅 拌操 作达 到生 产 要求 …．通过 搅拌 器 桨叶 的 搅拌 作 垌 ，
。３ ７ 上平均
混 合物 密 度变 化如 图 ｌ ４ 所示。
通 过 数 值 模拟 分析 探 究 转 速 对 搅拌 器 混合 效 果 的 影 响 ．提
理方 法 采用 多参考 系模 型 ；速 度 一 压 力耦合 采用Ｓ Ｉ ＭＰ Ｌ Ｅ 算 法 、
搅拌器流道下方放置干灰 ．上方放置清水作为进行搅拌 的初始状态 ，根据固液两相之
问 的体 积 比计 算 出干 灰 的深 度 为５ ５ ０ ｍｍ。
技术创新
３ 探 究转 速对 搅 拌器 混合 效果
根据搅拌器的实际条件定义边界条件及求解方法” ，探究物系为水和水泥两相体 系，水
泥颗 粒 直 径 约 为 ２ （ ） ｍ，密度 为３ １ ５ ０ ｋ ｇ ／ ｍ’ ，粘度 为３ ０ ０ ｃ ｐ ，水 的 密度 为 １ ０ （ ） Ｉ ） ｋ ｇ ／ ｍ ，水 的 粘度为１ ． ０ ０ ３ ｃ ｐ ，最 终 得到 的 水 泥浆 密度 大 约 在２ ０ ０ ０ ｋ ｇ ／ ｍ ．通过 理 沦 汁算 固体 相 的 体 积 分
容器 内的固相颗粒能够比较分散的悬浮在流场内。由于搅拌器内存在转动部分 ．所以ｌ 捌井 水泥浆在搅拌浆叶和混浆罐共 同的影响下 ，在搅拌器流场内形成三维流动 搅拌器内多相
流流 场 比较 复 杂 ，具 有随 机性 与不确 定性 ，因 而对 流场 内多梢 流 的理 论 分析 不 容易 实现
１搅拌 设 备结 构及 影 响搅 拌 混合 效 果的 因素
如图 ｌ 所 示 为搅拌 器结 构 示 意 图 。对 于 搅拌 器 来 说 其 各个 部 分 的 结 构 对 水 泥 浆 混 合 效 果 有 很 大 的 影 响 。因 而 进 一 步 说 明 一 下 搅 拌 器 内各 个 不 同因 素 对 混 浆效 果 的影 响 。 （ １ ） 搅 拌 罐 又 称 搅拌 釜 ，是搅 拌 过 程 中承 载 物 料 的 装 置 。搅 拌 器 罐 体 的 形 状 主 要 是 圆 筒 形 的 ，通 过 现 场 的 操 作 工 况 以及 物 料 系数 来 确 定 搅 拌 器 罐 体
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搅拌器内部二维流场数值模拟
１ 控 制 方 程
在定 常条 件 下 ， 搅 拌 流 场 的不 可压 缩 流 动 可
用 以 下 方 程 组 描 述
桨式搅 拌 器 、 六 叶桨 式 搅 拌 器 、 八 叶桨式搅拌器 ， 浆 片都是 直列 式 ， 以研 究 桨 叶数 对 搅 拌 器 的影 响．
搅 拌 桶 的半 径 Ｒ一４ ０ ｃ ｍ， 坐 标 系 原点 位 于搅 拌 叶 轮 中心 ， 基 于 旋转 的速 度 和工 质 水 ， 可 以确 定 搅拌 器 内部流 动 为湍流 ． 以 四叶 桨式 搅 拌 器 为 例 ， 如 图
（ ３ ） 湍动 能方程 ：
一
各 个 领 域 中都 有 应 用 ］ ． 搅 拌 作 是 工 业 过 程 的基
０ ［ （ ｕ ＋ ） 差 ］ 一 ｓ
０ ［ （ ） 轰］ 一
！ ： ！ ： 二 丝： ！ ：
础 环节 ， 提 高搅拌 效率 意 义 重 大 ， 高 效混 合 流 体 是 搅 拌 器 的 最 终 目 的Ｉ ． 计算 流体动力学 （ 简 称
＋ ａ（ ｐ ｗ）
．
（ １ ） 连 续性 方 程 ：
ａ Ｐ ＋
一
＋
ｏｘ 。 Ｏｙ
一 ｆ １
ａｔ ’
。
０ｚ
１所 示 ．
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ Ｏ １ ２ ２
作者简 介： 徐建民（ １ ９ ６ ５） ， 男， 湖北武汉人 ， 教授 ， 硕士． 研究方向 ： 高效 换 热器 的研 究 与 开 发
Ｃ Ｆ Ｄ） 技 术 具 有 初 步 性 能 预测 、 内部 流 动 预 测 、 数 值 试验 和流 动诊 断 等 作 用． Ｆ Ｉ ＵＥ 湍动 能耗 散率 方程 ：
不同挡板数搅拌桶流场的数值模拟
２ ０ １ ３年 第 ｌ 期
Байду номын сангаас
王 明奎 ， 等： 不 同挡 板 数 搅拌 桶 流场 的数 值 模 拟
・ ５ ５ ・
桶 体均 匀 布置 ４个挡 板 时 ， 合速 度较 大 。 图 ５为不 同轴 向距离 时轴 向速度 分 布 图 。由 图 ５ 可知 ， 随轴 向距 离的 增加 轴 向速度逐 在经 过叶 ■ 渐增 大 ， 轮处后 逐渐 减 小 ， 在 轴 向距 离 为 ０ ． ０ ５ １ ２ ＂ Ｉ 时轴 向速 度 方 向发生 改变 。在 ４挡 板搅拌 桶 中 ， 其轴 向速度较 大 ， 有利 于轴 向流体 的均匀混 合 。
０ 引 言
搅 拌是一 极重要 的操作单 元 ， 在化 工 、 冶金 、 食 品、 饲 料等 行业 广 泛 应 用 ， 特 别 是 在化 工 行 业 使 用 最 多 。 搅 拌能 够使物 料混合 均 匀 ， 强化 传 质 、 传热， 是 促 进化 学 反应 以及分 散乳化 的重要手 段 。搅拌 时首 先通过对 流扩散 和湍 流扩散使 物 料 在两 个 大尺 度 下进 行 混合 ， 再 使小 微 团均匀混合 到分 子尺度 ［ １ ］ 。北京 化 工大 学 周 国忠ｌ 钉等 人评 价 了搅 拌 内流 场 的 各 种模 拟 处 理 方 法， 采 用多重 参考 系法 实现 了搅 拌 槽 内 的整体 数 值模 拟 。张林 进 等人 用标 准模 型研 究 了 Ｄ １ 、 和Ｐ Ｔ Ｕ 型 桨叶搅 拌器 内的 湍流 场 ， 结果 表 明 ： 对于 Ｐ Ｔ Ｕ 和 ＤＴ 桨叶 ， 理论 预测速 度场 分布 规律 与 Ｌ Ｄ Ａ测 试结果吻合 较好 ， 理论预测漩涡的空间位置坐标 与实测值 完全一致。 本文采用数值模拟 的方法研究搅拌桶 内附件—— 挡板对 传质混合 的影 响， 以及搅 拌桶 内挡 板数量及其安装 方式 对流体流动状态的影响［ ６ ］ 。 １ 搅 拌槽模 型 本 文对制造简便 、 应用广泛 的折叶开启 涡轮式搅拌 器进行数值模 拟， 研究搅 拌桶 中挡 板个数对搅 拌效果 的 影响。搅拌桶 内的流体进行三维 流动 ， 按 柱坐标 可分解 为轴向流、 切 向流和径 向流 。轴 向流 和切 向流相 对应 于 流体混合 的对 流扩散和 涡流扩散 ， 径 向流侧 重于分子 尺 度的混合 。 搅拌 桶 的结 构参数 如下 ： 桶体 直径为 ０ ９ ０ ｍｍ， 桶 高为 ２ ０ ０ ｍｍ， 挡 板离 壁 安装 且 距 槽 壁 为 ５ ｍｍ， 挡 板 宽度 为 １ ０ ｍｍ； 搅拌 器选 取 折 叶 开启 涡 轮 ， 叶 片个 数 为 ４或 ６ ， 叶片夹角 ０为 ９ Ｏ 。 或 ６ ０ 。 ， 叶轮半径 为２ ２ ｍｍ， 叶 片高度 为 １ １ ｍｉ ｌ ｌ ， 叶片厚 度为 ４ ｍｍ， 叶轮距 离 桶底 为２ ５ ｍｍ。叶轮结 构如 图 １ 所示， 挡 板 数 为 ４的搅 拌 桶 体示 意图如 图 ２所示 。 ２ 数 值 模 拟
T型搅拌器数值模拟研究_牟童
本研究借助 于 计 算 流 体 力 学 软 件 ＦＬＵＥＮＴ，首 先 对 传 统的开启式涡轮搅拌器和圆盘式涡轮搅拌器进行数值模拟， 并与新型的 Ｔ 型搅拌器进行对比分析，分别计算在相同条 件 下三种不同桨型搅拌器的三维流场 特 性 和 搅 拌 功 率 ；其 次 改 变 Ｔ 型搅拌器在搅拌槽中的安装高度，确定在指定搅拌槽 尺
设置自由液 面 为 滑 移 壁 面 边 界 条 件 （Ｓｙｍｍｅｔｒｙ）［１１］，将 轴和叶轮定义 为 动 边 界 （Ｍｏｖｉｎｇ Ｗａｌｌ），所 有 槽 体、搅 拌 轴、 搅拌桨及挡板表面均采用无滑移壁面边界条件。其中搅拌 轴处于叶轮外区域 内，相 对 于 区 域 内 的 流 体 是 运 动 的；搅 拌 桨 处 于 流 体 区 域 ，相 对 于 周 围 的 流 体 以 相 同 的 转 速 运 动 。
收 稿 日 期 ：２０１３－１１－０２ 修 回 日 期 ：２０１４－０４－２８ 网 络 出 版 时 间 ：２０１４－０５－０７ 网 络 出 版 地 址 ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｏｉ／１０．１３４７６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｎｓｂｄｑｋ．２０１４．０３．０２０．ｈｔｍｌ 作 者 简 介 ：牟 童 （１９８８－），男 ，山 东 日 照 人 ，硕 士 研 究 生 ，主 要 从 事 流 体 机 械 数 值 模 拟 方 面 研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｔｓｅｕ＠１６３．ｃｏｍ 通 讯 作 者 ：郑 源 （１９６４－），男 ，山 东 日 照 人 ，教 授 ，博 士 ，从 事 流 体 机 械 数 值 模 拟 及 故 障 诊 断 研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｅｎｇｙｕａｎ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
１ 数 值 模 拟
１．１ 搅 拌 槽 与 搅 拌 桨 基 本 尺 寸
搅拌槽内径 Ｄ＝８００ ｍｍ，挡 板 个 数 ４，挡 板 高 度 Ｗｈ ＝ ４００ｍｍ，挡板宽度 Ｗｂ＝６０ｍｍ，挡板厚度 Ｗｔ＝５ ｍｍ。 搅 拌 槽内液 面 高 度 Ｈ ＝６００ ｍｍ，Ｔ 型 搅 拌 器 距 底 面 高 度 ｈ＝２０ ｍｍ，转速ｎ＝２０ｒａｄ／ｓ，搅拌桨为三个 Ｔ 型 叶 片，叶 片 安 放 角 为９０°，叶片尺寸见 图 １，叶 片 厚 度ｔ＝２ ｍｍ，叶 轮 直 径 ｄ＝ ３００ ｍｍ，工 作 介 质 为 常 温 下 的 水 。
设置自由液 面 为 滑 移 壁 面 边 界 条 件 （Ｓｙｍｍｅｔｒｙ）［１１］，将 轴和叶轮定义 为 动 边 界 （Ｍｏｖｉｎｇ Ｗａｌｌ），所 有 槽 体、搅 拌 轴、 搅拌桨及挡板表面均采用无滑移壁面边界条件。其中搅拌 轴处于叶轮外区域 内，相 对 于 区 域 内 的 流 体 是 运 动 的；搅 拌 桨 处 于 流 体 区 域 ，相 对 于 周 围 的 流 体 以 相 同 的 转 速 运 动 。
收 稿 日 期 ：２０１３－１１－０２ 修 回 日 期 ：２０１４－０４－２８ 网 络 出 版 时 间 ：２０１４－０５－０７ 网 络 出 版 地 址 ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｏｉ／１０．１３４７６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｎｓｂｄｑｋ．２０１４．０３．０２０．ｈｔｍｌ 作 者 简 介 ：牟 童 （１９８８－），男 ，山 东 日 照 人 ，硕 士 研 究 生 ，主 要 从 事 流 体 机 械 数 值 模 拟 方 面 研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｔｓｅｕ＠１６３．ｃｏｍ 通 讯 作 者 ：郑 源 （１９６４－），男 ，山 东 日 照 人 ，教 授 ，博 士 ，从 事 流 体 机 械 数 值 模 拟 及 故 障 诊 断 研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｅｎｇｙｕａｎ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
１ 数 值 模 拟
１．１ 搅 拌 槽 与 搅 拌 桨 基 本 尺 寸
搅拌槽内径 Ｄ＝８００ ｍｍ，挡 板 个 数 ４，挡 板 高 度 Ｗｈ ＝ ４００ｍｍ，挡板宽度 Ｗｂ＝６０ｍｍ，挡板厚度 Ｗｔ＝５ ｍｍ。 搅 拌 槽内液 面 高 度 Ｈ ＝６００ ｍｍ，Ｔ 型 搅 拌 器 距 底 面 高 度 ｈ＝２０ ｍｍ，转速ｎ＝２０ｒａｄ／ｓ，搅拌桨为三个 Ｔ 型 叶 片，叶 片 安 放 角 为９０°，叶片尺寸见 图 １，叶 片 厚 度ｔ＝２ ｍｍ，叶 轮 直 径 ｄ＝ ３００ ｍｍ，工 作 介 质 为 常 温 下 的 水 。
搅拌浸出槽固液两相流场的数值模拟
ｔ 对石 煤提 钒 搅 拌 浸 出槽 进行 流场 模 拟 ， 用Ｇ Ａ ＭＢ Ｉ Ｔ建 立 流场 实体模 型 ， 采用 ｋ － ｅ湍 流模 型 、 欧拉 一 欧
拉 多相流模型 、 以及 多重参考 系法处理搅拌 桨区。对搅拌槽在直 桨式和旋 桨式两种 桨型下的流场以及装有挡板或导流筒
后 的流场情况进行 了比较研究 ， 结果表 明在同等条件下旋桨式搅拌 桨搅拌效果较好 ， 轴向速度 比直桨式搅拌 桨平均高 出 １ ２ ０ ％， 在搅拌槽 中设置挡板和循环筒有利于改善流场速度分布 ， 从而加 强混合效果， 但挡板的改善效果更为显著。 关键词 ： 固液两相流 ； 湍流 ； 轴流
第２ 期 ２ ０ １ ４年 ２月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ２ｌ ５
搅拌浸 出槽 固液 两相 流场 的数值模 拟
吴 宗武 ， 孔建 益 ， 侯 宇， 王兴 东
４ ３ ０ ０ ８ １ ） （ 武汉科技 大学 机械 自动化学院 ， 湖北 武汉
ＷＵ Ｚ ｏ ｎ ｇ — ｗｎ，ＫＯＮ Ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ — ｙ ｉ ，ＨＯＵ Ｙｕ，Ｗ ＡＮＧ Ｘｉ ｎ ｇ — ｄ ｏ ｎ ｇ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｈｕ ｂ ｅ ｉ Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ８ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｇ Ａ ＭＢ Ｉ Ｔ ｔ ｏ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｌｏ ｆ ｗ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｋ － ｅ ｔ ｕ ｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ， Ｅ ｕ ｌ ｅ ｒ － Ｅ ｕ ｌ ｅ ｒ ｍ ｕ ｈ ｉ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｌｏ ｆ ｗ
拉 多相流模型 、 以及 多重参考 系法处理搅拌 桨区。对搅拌槽在直 桨式和旋 桨式两种 桨型下的流场以及装有挡板或导流筒
后 的流场情况进行 了比较研究 ， 结果表 明在同等条件下旋桨式搅拌 桨搅拌效果较好 ， 轴向速度 比直桨式搅拌 桨平均高 出 １ ２ ０ ％， 在搅拌槽 中设置挡板和循环筒有利于改善流场速度分布 ， 从而加 强混合效果， 但挡板的改善效果更为显著。 关键词 ： 固液两相流 ； 湍流 ； 轴流
第２ 期 ２ ０ １ ４年 ２月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ２ｌ ５
搅拌浸 出槽 固液 两相 流场 的数值模 拟
吴 宗武 ， 孔建 益 ， 侯 宇， 王兴 东
４ ３ ０ ０ ８ １ ） （ 武汉科技 大学 机械 自动化学院 ， 湖北 武汉
ＷＵ Ｚ ｏ ｎ ｇ — ｗｎ，ＫＯＮ Ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ — ｙ ｉ ，ＨＯＵ Ｙｕ，Ｗ ＡＮＧ Ｘｉ ｎ ｇ — ｄ ｏ ｎ ｇ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｈｕ ｂ ｅ ｉ Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ８ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｇ Ａ ＭＢ Ｉ Ｔ ｔ ｏ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｌｏ ｆ ｗ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｋ － ｅ ｔ ｕ ｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ， Ｅ ｕ ｌ ｅ ｒ － Ｅ ｕ ｌ ｅ ｒ ｍ ｕ ｈ ｉ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｌｏ ｆ ｗ
动子与定子搅拌器流场数值模拟
Ｊ ｎ ， ＺＨＡＯ ， ＺＨＡＯ ｉｙ ｎ Ｉ Ｎｉ ｇ Ｘｕ Ｈａ— ａ
（ ．Ｎａ ｉ ｎ ｌＫｅ ｂ ｒ ｔ ｒ ｆＡｅ ｏ ｙ ａ ｃ Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ， ｒ ｈ ｓｅ ｎ Ｐｏ ｙ ｔ ｃ ｎ ｃ ｌ １ ｔ ａ ｙ Ｌａ ｏ ａ ｏ ｙ ｏ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｓｇ ｎ ｓ ａ ｃ Ｎｏ ｔ ｗｅ ｔ ｒ ｌ — ｅ ｈ ｉａ ｏ
第 ３ 卷 第 ４期 ９ ２１ ０ ０年 ７月
文 章 编 号 ：１ ０ —４ ６ ２ １ ） ４０ ０ —５ ０ ０７ ６ （ ０ ０ ０ － ０ ４０
石
油
化
工
设
备
Ｖ ｏ１３９ ＮＯ． ． ４
ＰＥ ＴＲ０一 Ｅ Ｉ ＣＨ Ｍ ＣＡＬ Ｅ ＱＵＩ Ｍ Ｅ Ｐ ＮＴ
Ｊ ｌ ０ ０ ｕｙ ２ １
， ］ １０ 王 １
佳 ． 于 ｄ相 的 双 相 不 锈 钢 细 化 晶 粒 的研 究 ［ ］ 基 Ｄ．
兰 州 ： 卅 理 工 大 学 ，０ ９ 兰 ｆ ２０．
［ １ 张其 枢 ， 耀 庭 ． 锈 钢 焊 接 ［ ． 京 ： 械 工 业 出 版 １］ 堵 不 Ｍ］ 北 机
社 ， ０ ０： ０ ． ２ ０ １ ０
Ｕ ｎ ｖ ｒ ｉｙ， Ｘｉ ａ １ ０７ ｉ ｅ ｓｔ ’ ｎ ７ ０ ２， Ｃｈｉ ａ； ｎ ２． Ｄｅ ａ ｔ ｅ ｆＭ ｅ ｈ ｎｉａ ｐ ｒ ｍ ｎｔｏ ｃ ａ ｃ ｌＥｎｇ ｎｅ ｒｎ ｉ ｅ ｉ ｇ， Ｔｉｉ ｈｕ ｓｎｇ ａ
Ｕｎｖ ｒ ｉ ｉｅ ｓｔ ｙ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ４ ｅｊ ｇ １ ０ ８ ，Ｃｈ ｎ ） ｉ ｉａ
相也会 显著影 响材 料 的使用性 能 。
参考文献 ：
ｒ ］ ＥＬ １ ＭＥＲ ， Ｊ Ｗ ＰＡＬＭＥＲ Ａ，Ｓ ＥＣＨＴ Ｔ Ｐ Ｅ Ｄ．Ｄｉ ｃ ｒ ｔ ｅ
（ ．Ｎａ ｉ ｎ ｌＫｅ ｂ ｒ ｔ ｒ ｆＡｅ ｏ ｙ ａ ｃ Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ， ｒ ｈ ｓｅ ｎ Ｐｏ ｙ ｔ ｃ ｎ ｃ ｌ １ ｔ ａ ｙ Ｌａ ｏ ａ ｏ ｙ ｏ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｓｇ ｎ ｓ ａ ｃ Ｎｏ ｔ ｗｅ ｔ ｒ ｌ — ｅ ｈ ｉａ ｏ
第 ３ 卷 第 ４期 ９ ２１ ０ ０年 ７月
文 章 编 号 ：１ ０ —４ ６ ２ １ ） ４０ ０ —５ ０ ０７ ６ （ ０ ０ ０ － ０ ４０
石
油
化
工
设
备
Ｖ ｏ１３９ ＮＯ． ． ４
ＰＥ ＴＲ０一 Ｅ Ｉ ＣＨ Ｍ ＣＡＬ Ｅ ＱＵＩ Ｍ Ｅ Ｐ ＮＴ
Ｊ ｌ ０ ０ ｕｙ ２ １
， ］ １０ 王 １
佳 ． 于 ｄ相 的 双 相 不 锈 钢 细 化 晶 粒 的研 究 ［ ］ 基 Ｄ．
兰 州 ： 卅 理 工 大 学 ，０ ９ 兰 ｆ ２０．
［ １ 张其 枢 ， 耀 庭 ． 锈 钢 焊 接 ［ ． 京 ： 械 工 业 出 版 １］ 堵 不 Ｍ］ 北 机
社 ， ０ ０： ０ ． ２ ０ １ ０
Ｕ ｎ ｖ ｒ ｉｙ， Ｘｉ ａ １ ０７ ｉ ｅ ｓｔ ’ ｎ ７ ０ ２， Ｃｈｉ ａ； ｎ ２． Ｄｅ ａ ｔ ｅ ｆＭ ｅ ｈ ｎｉａ ｐ ｒ ｍ ｎｔｏ ｃ ａ ｃ ｌＥｎｇ ｎｅ ｒｎ ｉ ｅ ｉ ｇ， Ｔｉｉ ｈｕ ｓｎｇ ａ
Ｕｎｖ ｒ ｉ ｉｅ ｓｔ ｙ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ４ ｅｊ ｇ １ ０ ８ ，Ｃｈ ｎ ） ｉ ｉａ
相也会 显著影 响材 料 的使用性 能 。
参考文献 ：
ｒ ］ ＥＬ １ ＭＥＲ ， Ｊ Ｗ ＰＡＬＭＥＲ Ａ，Ｓ ＥＣＨＴ Ｔ Ｐ Ｅ Ｄ．Ｄｉ ｃ ｒ ｔ ｅ
折叶涡轮桨搅拌器流型及温度分布数值模拟
５８ ９
化
工
机
械
２ １ 年 ０１
图 ３ 搅 拌 器 网格 划 分
２ 数学模 型
假 设流 体为 不可 压 缩 流体 ， 直 角 坐标 系下 在 其 连续方程 为 ：
＋
！
Ｏ ｘ
＋
Ｏ ｙ
＋ ！
８ ｚ
： ０
ｆ、 １
０ ｔ
动量 、 能量及 组 分 质量 守 恒 方程 采 用 统一 的 通用 形式 表 示 ， 由瞬 态项 、 流项 、 散 项 和源 即 对 扩 项组 成 。通 用形 式为 ：
第３ ８卷
第 ５期
化
工 机 械
５９ ９
图 ５ 不 同 时 间 的 温 度 分 布
由图 ５可 看 出 ， 温度 在 搅 拌 轴 两侧 基 本 呈对 称 分布 ， 分别存 在 一个低 温 区域 ， 中 当搅 拌 时 且 其 间 达到 ３ ０ 时 ， ０ｓ 温度分 布 总体趋势 保持 不变 。
果显 示 ： Ｒ 随 ｅ数 的 增 大 ， 体 流 型 由径 向流 逐 渐 向 轴 向 流 发 展 ； 温 度 变化 趋 于 稳 定 时 ， 度 在 搅 拌 轴 流 在 温
两侧 基 本 呈 对 称 分 布 ， 分别 存 在 一 个低 温 区域 且
关 键 词 搅 拌 器 折 叶 涡轮 桨 流 型 紊 流 中图分类号 ＴＱ ５ ． ２ ０ １７ 文献标识码 Ａ
研究及 数值 模 拟
一
一 直 很 受 重 视 。ＭＩ ＳＭ 是 ＸＩ
个专业 化 的前 处 理器 ， 针 对 搅 拌混 合 问题 的 是
专用 Ｃ Ｄ软 件 ， 可方 便地建 立 搅拌 混合 槽 的几 Ｆ 它 何模型 、 图形人 机接 口和组 件数 据库 ， 也可 直接设 定搅 拌槽 大小 、 底部 形状 、 档板 配置 以 及叶 轮形式 等 ， 能 自动 生成 三 维 网络 及启 动 Ｆ Ｕ Ｎ 并 Ｌ Ｅ Ｔ进行 后 续模拟 计算 。为此 ， 者 采 用 该软 件 对 折 叶 涡 笔
混砂车搅拌罐流场和功率的数值模拟
适 当提高转速，可以使 固液悬浮搅拌更均匀 ，搅拌效果更好；但随着转速 的提高 ，功率会呈非线 性关系不断增加 ，搅拌效果的加强以功率增加为代价；随着含砂体积分数 的增加，功率会相应地 增大，但增大的幅度较小，平均每增大 １ ０ ％的含砂体积分数，功率仅增大０ ． ３ ７ ｋ Ｗ。
关 键词 ：混砂车 ；搅拌 罐 ；功率 ；流场 分析 ；ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ ；数值 模拟
（ 长江大学机械 工程 学院）
摘 要 ：为研 究含砂 体积 分数 、转速 对 混砂 车搅 拌装 置 流 场和 功 率 消耗 的影 响 ，指 导混 砂 车 的 工况优 化 ，依据 计算 流体 力 学理论 ，应用 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 软件对 混砂 车搅 拌 的流场和 功耗 进行 了数 值模 拟 。 定 量研 究 了搅拌 流场 和 转速 的关 系 以及 搅 拌 功 率 、转速 与含 砂体 积分 数 的关 系 。研 究结 果 表 明，
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｈｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｓ ａ ｎ ｄ ｖ ｏ ｌ ｕ ｍｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｌｏ ｆ ｗ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ａ ｎ ｄ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｍｉ ｘ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｏ ｆ ｂ ｌ ｅ ｎｄ ｅ ｒ ｔ ｒ ｕ ｃ ｋ ａ ｎ ｄ ｇ ｕ ｉ ｄ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎｇ ｃ ｏ ｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｔ ｒ ｕ ｃ ｋ，ｔ ｈｅ Ｆｌ ｕ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｔ— ｆ
侧进式搅拌反应器内流场的数值模拟
侧进 式搅 拌反 应器 内流场 的数 值模 拟
张 林 进 ， 陈 功 国 ， 叶 旭 初
（ 京工 业 大学材 料科 学与 工程 学 院 材料 化 学 工程 国家重 点 实验 室。 江 苏 南京 ２０ ０ ） 南 １０ ９
摘要：采用 汁靠流体力学 （ Ｆ Ｃ Ｄ）技术对某钢铁』 烟气脱硫吸收塔底部浆液池的侧进式搅 拌流场进行 了数 【 ’ 模拟，
１几何模型和模拟方法
１ ． 何模型 Ｉ几
几何模 型是 按照某钢铁厂 烟气脱硫吸 收塔底 部浆液池 的实 际尺 寸建立 的，浆液池及搅拌 桨结构如 图 １
所 示 。浆液池底 部为平 底 ，直径 Ｉ ８ ｍ，液位高度为 ５ ｍ，在距 离底面 ｌ ５ｍ 的平 面上周 向分布 ５台侧进 式 － ２
搅 拌器 ，其 中 １ ５ 搅 拌器 的周 向分布角为 ９ 。 与 拌 ０ ，其余相邻搅拌 器之间 的周 向分布角均为 ６ ． 。循环浆 ７。 ５
液 进 几位于 ｌ 与 ５ 搅 拌器之 间，中心高度为 １ ≠ ｝ ｝ ｝ ． ｍ，浆液 出几位于 ２ 搅 拌器附近 ，中心高度为 Ｏ５ ０ ≠ ｝ ． ｍ，在 ２
．
迅速 增 加 ， 当转 速 人于 等 ＿ ２ ／ ｎ州 ，该处 速 率接 近 或 达到 ・ｒ 上 速 率 的最 人 位 ，有 利 避 免 ｌ心 区底 部 的 ：１０ ｒ ｍｉ Ｉ 心线 Ｊ ｌ Ｉ 固相 沉 积 。随着 芹偏 加度 的增 人 ，－心 漩 涡 区域 外 扩 ，ｔ心 线 上底 部 的速 牢 有 所 减 小 ．而 相 邻 桨 叶之 问 下 部 的速 率 Ｉ 一 Ｉ 一 略有 增 ＿ 。下偏 角 度 的增 大 ，使得 卡邻 桨 Ⅱ之 下部 的速 率 略 有减 小 ，而 过 大的 下 偏 角度 使 得搅 拌 桨 丰作 用 无法 『 Ｊ Ｉ Ｊ Ｈ １ 直 接 作用 到 支撑 村 内部 ， 导致 ・Ｉ 上 底 部的 速 减 小 。 『 线 ． 年
搅拌功率准数与雷诺数的曲线
搅拌功率准数与雷诺数的曲线摘要：I.引言- 介绍搅拌功率准数与雷诺数- 阐述曲线对工程应用的重要性II.搅拌功率准数与雷诺数曲线的定义与性质- 定义搅拌功率准数与雷诺数- 描述曲线形状与特点- 解释曲线的物理意义III.搅拌功率准数与雷诺数曲线在工程中的应用- 分析搅拌过程中流体动力学行为- 为搅拌器设计提供依据- 预测混合效果与能耗IV.搅拌功率准数与雷诺数曲线的实验与数值模拟- 实验方法与步骤- 数值模拟技术- 结果分析与讨论V.结论- 总结搅拌功率准数与雷诺数曲线的重要性- 展望未来研究方向与工程应用前景正文：搅拌功率准数与雷诺数曲线是流体力学中搅拌过程研究领域的重要内容。
搅拌功率准数描述了搅拌器在单位时间内所做的功率，而雷诺数则反映了流体流动状态的无量纲参数。
搅拌功率准数与雷诺数曲线是将这两个参数相互关联的产物，对于分析搅拌过程中的流体动力学行为以及预测混合效果与能耗具有重要意义。
搅拌功率准数与雷诺数曲线具有特定的定义与性质。
首先，搅拌功率准数是搅拌器在单位时间内所做的功率，单位通常为瓦特。
雷诺数则是由流体的密度、速度、粘度和特征长度等无量纲参数组成，用于描述流体流动状态。
曲线将这两个参数相互关联，展示了搅拌器在不同工况下的工作性能。
在工程实践中，搅拌功率准数与雷诺数曲线具有广泛的应用。
通过对曲线的分析，可以了解搅拌过程中流体的动力学行为，为搅拌器的设计与优化提供依据。
此外，根据曲线还可以预测混合效果与能耗，为实际工程应用提供指导。
为了研究搅拌功率准数与雷诺数曲线，研究人员采用了实验与数值模拟相结合的方法。
实验过程中，通过测量搅拌器在特定工况下的功率和流体的雷诺数，获取数据并绘制曲线。
数值模拟则利用计算流体力学方法，模拟搅拌过程中的流体动力学行为，从而得到相应的曲线。
实验与数值模拟结果的对比分析，有助于更好地理解搅拌功率准数与雷诺数曲线的相关性质。
总之，搅拌功率准数与雷诺数曲线在搅拌过程研究领域具有重要的理论和实际意义。
流体力学学习资料总结(搅拌)
案例描述
详细描述案例的工艺流程、设备配置、操作条件等 。
效果评估
对实际应用案例中的搅拌效果进行评估，比 较实际效果与实验结果的差异，分析原因并 提出改进措施。
THANKS
搅拌的目的是为了实现流体的均匀混 合、分散、反应以及传热等过程，广 泛应用于化工、制药、食品、环保等 领域。
搅拌的分类与原理
分类
按照搅拌方式，搅拌可以分为机械搅拌、气流搅拌、超声波 搅拌等；按照搅拌器结构，可以分为桨式、涡轮式、推进式 、锚式等。
原理
搅拌的原理主要是通过施加外力，使流体产生流动和混合， 流动可以是轴向、径向或切向，混合可以是均匀混合或非均 匀混合。流动和混合的程度取决于搅拌器的设计、操作条件 以及流体的物理性质。
实验验证
通过实验手段测量流体的运动参数和搅拌效果， 与数值模拟结果进行对比和验证。
03
搅拌过程中的流动现象
循环流动与混合机理
循环流动
在搅拌过程中，由于搅拌器的旋转作 用，物料在容器内形成循环流动，使 物料得以均匀混合。
混合机理
搅拌过程中，不同物料通过循环流动 相互碰撞、摩擦、扩散，从而实现混 合。
搅拌器设计要素
设计要素
搅拌器的设计需要考虑多个因素，如搅拌器的形状、尺寸、转速、桨叶形式、 桨叶直径等。这些因素会影响到搅拌器的性能和效率，进而影响到整个工艺过 程的效率和产品质量。
设计原则
在搅拌器设计时，需要遵循一定的原则，如满足工艺要求、提高效率、降低能 耗等。同时，还需要考虑到流体流动和混合的规律，以及流体的物理性质和化 学性质等因素。
02
流体力学在搅拌中的应用
流体动力学基础
流体静力学基础
01
描述流体在静止状态下的压力、密度和浮力等特性。