FLUENT不同雷诺数下无挡板Rushton桨搅拌器模拟方法的研究(4)

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④对计算结果进行后处理，这一步对检查和判断分析质量和结果有重要参考意义[2]。

1.2.4 Fluent软件的应用

Fluent数值模拟的主要步骤[3]：

⑴通过GAMBIT建立几何模型，划分网格，定义边界条件，导出Mesh文件。

⑵根据具体问题选择2D或3DFluent求解器从而进行数值模拟。

⑶导入网格。

⑷检查网格。

⑸选择计算模型。

⑹确定流体物理性质。

⑺定义操作环境。

⑻指定边界条件。

⑼求解方法的设置及其控制。

⑽流场初始化。

⑾迭代求解。

⑿保存结果，后处理等。

1.3 CFD的发展概况

国内搅拌反应器的CFD 研究进展。国内在搅拌反应器的CFD 模拟方面与国外还有很大差距, 这主要是由于计算手段落后造成的。国外的研究已普遍采用商业软件, 而国内许多研究还依靠自行开发的软件, 虽然如此, 但还是取得了不少果。于鲁强[5]进行了二维流场的计算。侯拴弟[6]对搅拌反应器内三维流动场进行了数值模拟, 并与激光多普勒测量结果进行了比较。周国忠[7]首次报道了利用商业CFD 软件对涡轮搅拌桨近桨区的流动场的数值研究结果, 他还利用在商业软件基础上开发的混合过程计算程序, 计算了单层和双层涡轮桨搅拌槽内的混合过程, 计算出了混合时间。除了进行单相流动场的研究外, 对多相体系的流动场也进行了研究, 侯拴弟[8]利用LDV和CFD相结合的方法对稀疏固液两相体系进行了实测量和数值模拟。王卫京[9]利用改进的内外迭代法计算了气液两相的流场。源[自[751``论`文]网·www.751com.cn/

目前采用CFD 角度对搅拌槽内混合过程研究多集中于对单层桨的研究, 而对于多层桨研究还多在流场模拟方面, 对于混合时间的模拟相对较少且模拟结果与实验误差较大。复合式搅拌器还不是很完善，需要有更多的试验手段、试验数据和设计经验。尽管其存在不足，相信其发展前景是好的。毛德明[10]利用混合模型对不同类型的多层桨搅拌槽内的混合过程进行了模拟。2000年, Jaworski[11]对双层六直叶涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行模拟, 混合时间的模拟值是实验值的2～3倍左右; 周国忠[12]对双层六直叶涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了模拟, 但是其模拟结果缺少实验数据的验证, 只能作为对实际过程的一个预测。

陈志希等人[13]总结了24种搅拌器的功率曲线并进行了对比，说明了应用Np—Re曲线的注意事项。一直以来功率曲线其桨径与搅拌槽的直径比基本上都是1:3，在实际生产装置和实验装置中，不少都已大大超过1:3，所以做大桨槽径比的搅拌功率曲线是很必要的。在对搅拌槽进行模拟时，一个重要的问题就是解决运动的桨叶和静止的档板之间的相互作用。为了解决这个问题提出了不同的模型方法：“黑箱”模型法[14]、内外叠代法[15]、多重参考系法[16]、滑移网格法[17]。

计算中搅拌桨边界的条件设置和方法选择很重要。Middleton[18]等第一次用这种方法对搅拌式反应器做了三维模拟此外他们还模拟了一个连续竞争反应体系，通过两个几何相似的搅拌式反应器计算结果的比较，他们发现用传统方法进行放大会导致混合情况的不良和产率的下降。Cosman[19]等用这种方法对搅拌式反应器中的两相流进行了模拟, 固液相的模拟结果较好，但气液相的模拟结果只是定性正确。论文网

周国忠[20]等用三种不同密度的网格对近桨区的流动场进行了模拟，并与实验结果进行了比较，结果发现网格密度对宏观流动场的预测有显著影响，尤其在流动场的细节方面，计算结果对尾涡大小的预测比较准确，网格密度对径向速度分布的影响主要体现在对最大径向速度的预测上，即使采用很高密度的网格对湍动能的预测仍然严重偏低。因此，采用的网格是非结构化的网格，在网格大小选定中注意：网格尺寸应小于叶片厚度，但也不宜太小，太小计算复杂，计算慢，可能会使计算机死机。在网格数量已经足够大时，再增加网格数量对功率准数的计算结果影响不大。