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摘要近年来，气-液搅拌釜的因其实用性广、操作简单灵活的优点，关于气-液搅拌釜数值模拟的研究越来越多。本文主要是利用计算流体力学 CFD 方法，采用Euler-Euler两相流模型、标准的 k-ε 模型和多重参考系法（MRF），对有挡板双层Rushton 桨的流动特性进行模拟研究。设计并建立四种网格方案，研究网格划分方法和网格大小对 CFD 数值模拟结果的影响，结果表明网格的划分对气-液搅拌釜流形、气含率、叶端速度以及功率准数的模拟结果都有不同程度的影响，并讨论了在实验室条件下，最优网格划分方案。 59977
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毕业论文关键词： CFD 网格的划分 k-ε 标准模型 气含率
Title Meshing on the gas - liquid stirred tank Influence of CFD simulation results
Abstract In recent years, gas - liquid stirred tank of its wide availability, simple operation and flexible benefits, on the gas-liquid stirred tank simulation study more and more. This paper uses the computational fluid dynamics CFD method, using Euler-Euler two-phase flow model, the standard k-ε model and multiple reference frame method (MRF), on double paddle Rushton with a baffle simulation of flow characteristics. Researched the methods of the grid mesh size on the impact of CFD numerical simulation results. The results show that the pision of the grid on the gas - liquid stirred tank manifolds, gas holdup, tip speeds and power number of simulations have varying degrees of impact. and discussed the optimal meshing scheme under laboratory conditions.
Keywords：CFD Division of the grid k-ε standard model Gas holdup
1 绪论 .. 2
2.1 CFD技术的引入 ... 3
2.1.1 CFD软件简介 .. 3
2.1.2 CFD软件构成 .. 4
2.2 气-液搅拌釜 CFD 研究进展 ... 4
2.2.1 单一气泡假设 . 5
2.2.2 CFD模拟方法 .. 6
2.2.3 研究进展小结 . 7
3 模拟方法和模型 .. 8
3.1 气-液两相流模拟方法 ... 8
3.2 Euler-Euler双流体模型 .. 8
3.3 标准的k-ε 模型 ... 9
3.4 多重参考系法（MRF） ... 10
4 气-液搅拌釜的模拟过程 .. 12
4.1 搅拌釜的结构 .... 12
4.2 网格的划分 ... 13
4.3 计算物系和模拟工况 .. 15
4.4 边界条件的设置 15
4.5 数值模拟方法 .... 15
5 气-液搅拌釜数值模拟结果与分析 . 16
5.1 气-液搅拌釜中速度云图的模拟 16
5.2 气-液搅拌釜中气含率的模拟 .... 18
5.2.1 线上的气含率 .... 18
5.2.2 面上的气含率 .... 19
5.2.3 整体的气含率 .... 20
5.3 气-液搅拌釜叶端速度的模拟 .... 20
5.4 气-液搅拌釜功率准数的模拟 .... 21
结论 .... 23
致谢 .... 24
参考文献 . 25
1 绪论 气-液反应器（如搅拌釜）广泛应用于石油化工、聚合、发酵、食品和废水处理等工业过程中。由于两相以及多相体系相当复杂，这类反应器的设计、优化和放大常常比较困难。自上世纪七八十年代以来，很多研究者都对其进行了大量的研究。对该类反应器气液分散特性的研究可分为：宏观特性和局部特性两个方面。宏观特性包括：平均气含率、功率消耗、临界气泛转速、传质特性等；局部特性包括：湍流强度、湍流尺度、局部相含率、气泡尺寸分布及大小、气体局部停留时间等。许多学者通过对某些宏观特性（如搅拌功率、平均气含率）的研究，得到了一些经验关联式，但这样的关联式有它的局限性，即必须满足一定条件和相应的装置才能适用[1]。仅从宏观方面研究，很难深入的对搅拌釜内气-液分散机理进行探讨。而从局部特性方面研究，则可以更好地认识气-液分散机理，但由于流体流动的复杂性和测试手段的限制，就现在的情况来看，对气-液反应器内的局部特性研究还不够充分。 计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，以下简称CFD)，以计算机数值计算为基础，是对流体流动、传热以及相关现象进行分析的一种研究方法。往往用 CFD方法数字模拟实验过程，使搅拌釜内的实际过程可视化，给人们更清晰的认识釜内的流形等，这是实际试验办不到的。随着近年来 CFD 技术的发展，搅拌釜内的流场信息已经可以通过数值模拟的方法得到，利用 CFD 方法可以节省大量的研究经费，而且可以获得实验手段所不能得到的数据，CFD 技术给搅拌设备的设计、优化和放大带来了革命性的变化。 通过 CFD 对气-液两相流反应器内流体流动状况进行数值模拟，可以预测出不同操作条件下，搅拌釜内流体流动的细节和湍流特性。据目前文献资料显示：对单相搅拌釜内的流体流动的数值模拟已经有了大量研究，而对于搅拌釜内气-液两相的数值模拟也已经不少，并且多数研究都是围绕单层的六直叶涡轮桨展开。本文基于Euler-Euler双流体模型对双层的六直叶涡轮桨进行了气-液两相流的 CFD模拟，源]自{751^*论\文}网·www.751com.cn/使用 Gambit 设计模型，采用不同的网格划分，并与实验数据进行比较，研究了网格划分对气-液搅拌釜模拟结果的研究。2 文献综述 2.1 CFD技术的引入 近年来，随着 CFD 技术的发展，利用数值模拟的方法获得局部信息已经成为现实。利用 CFD 方法可以节省大量的研究经费，而且可以获得实验手段所不能得到的数据。CFD对搅拌设备的开发带来革命性的变化。 任何流体运动的规则都是以三大定律为基础：质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。这些基本定律可由数学方程来描述，如 Euler 方程和 Navier-stokes 方程等。这些方程往往都是由偏微分方程组成，采用一般的数学计算，很难或无法直接给出其精确解，这时就需要采用数值离散的方法对偏微分项进行离散，通过计算机来求解离散后的方程，得到原偏微分方程的近似解。利用这种方法来研究流体的运动特性，给出流体运动空间定常或非定常的流动规律，这一学科就是计算流体力学(CFD)，由于其本身的优越性和计算机的快速发展，CFD 方法在流体流动、传热以及传质等方面得到了广泛的应用。