种分搅拌槽内多相流体流动的数值模拟

论文摘要

种分搅拌槽是目前氧化铝工业生产上的主要设备,其结构对氧化铝产量与质量有很大的影响。因此,了解种分槽内物料混合特性,对改进种分槽内部结构、解决槽底沉积问题、提高氧化铝产量与质量,以及促进氧化铝工业技术进步都具有重要的理论和实际意义。为了改善晶种分解效果、提高生产效率,本文以改进Intermig桨为研究对象,利用商业CFD软件FLUENT6.3和并行计算系统的图形工作站,在已有的研究基础上对其进行了CFD的系统研究,并与实验数值进行对比,验证了利用CFD对种分搅拌槽进行流动和传质特性研究的可行性,本研究能为种分槽的进一步设计和改善提供新的思路,也可以作为实验研究和进一步模拟的基础。首先,采用雷诺时均方程（RANS）的标准k-ε湍流模型和多重参考系（MRF）法,对种分搅拌槽进行数值模拟,研究单层底桨及2层桨3种排列角对物料流动特性的影响,并通过对种分槽速度场、湍流动能场的分析,2层桨排列角为120°时起到了增加槽内湍流区,增强混合效果等作用。此外本文还讨论了不同转速对槽内速度分布、湍流动能分布的影响。本文采用标准k-ε湍流模型和多重参考系（MRF）法,对种分槽单层底桨及2层桨3种排列角条件下的混合时间及功率变化进行了数值模拟,考察了不同搅拌转速以及不同投放点对混合时间的影响规律,其模拟值与实验值吻合较好。在种分搅拌槽内采用铝酸钠-氢氧化铝体系对固-液两相流流场进行数值模拟,从CFD角度研究分槽内固-液悬浮状况下浓度分布、速度分布,并考察了单层底桨和不同排列角的影响规律,结果表明搅拌桨排列方式会对流场产生比较大的影响,排列角为120°的2层搅拌桨混合效果最好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 我国氧化铝工业现状及生产方法简述
• 1.1.1 我国氧化铝工业现状
• 1.1.2 氧化铝生产方法简述
• 1.2 晶种分解过程概述
• 1.2.1 晶种分解过程的机理
• 1.2.2 影响晶种分解过程的主要因素
• 1.2.3 种分搅拌槽的使用现状
• 1.3 计算流体力学在搅拌反应器中的应用
• 1.3.1 搅拌反应器流场的CFD模拟
• 1.3.2 搅拌反应器混合时间的CFD模拟
• 1.3.3 搅拌反应器两相流动的CFD模拟
• 1.4 本文研究的目的与主要内容
• 1.4.1 研究的目的
• 1.4.2 研究的主要内容
• 第2章 计算流体力学
• 2.1 计算流体力学技术简介
• 2.1.1 计算流体力学简介
• 2.1.2 数值模拟的计算过程
• 2.2 计算流体力学基本理论与方法
• 2.2.1 控制方程
• 2.2.2 湍流数值模拟方法
• 2.3 搅拌区域处理方法
• 2.3.1 多重参考系法（MRF）
• 2.3.2 滑移网格法（SM）
• 2.4 多相流模型
• 2.5 数值模拟软件介绍
• 2.5.1 Gambit软件介绍
• 2.5.2 Mixsim软件介绍
• 2.5.3 Fluent软件介绍
• 第3章 种分搅拌槽单相流场的数值模拟
• 3.1 种分槽数值模型的建立
• 3.1.1 桨叶模型
• 3.1.2 挡板模型
• 3.1.3 种分槽模型
• 3.2 计算方法
• 3.2.1 计算域
• 3.2.2 湍流模型
• 3.2.3 桨叶区域计算方法
• 3.2.4 离散化方法
• 3.2.5 边界条件
• 3.2.6 并行计算
• 3.3 模拟结果与分析
• 3.3.1 粘度对流场和速度场的影响
• 3.3.2 不同转速下单层底桨的数值模拟
• 3.3.3 单层底桨与双层桨在役种分槽的模拟结果比较
• 3.3.4 排列角变化对种分槽宏观流场、速度场和湍流动能的影响
• 3.4 小结
• 第4章 种分搅拌槽混合时间的数值模拟
• 4.1 计算方法
• 4.1.1 计算域
• 4.1.2 湍流模型
• 4.1.3 混合时间的数值模拟方法
• 4.1.4 边界条件及数值解法
• 4.2 计算结果与讨论
• 4.2.1 加料点对混合时间的影响
• 4.2.2 桨结构对混合时间的影响
• 4.2.3 不同监测点处的混合时间
• 4.3 小结
• 第5章 种分搅拌槽固液两相流的数值模拟
• 5.1 计算方法
• 5.1.1 计算域
• 5.1.2 固液两相湍流模型
• 5.2 边界条件及数值解法
• 5.3 计算结果与讨论
• 5.3.1 搅拌转速对氢氧化铝颗粒分散的影响
• 5.3.2 桨结构对氢氧化铝颗粒分散的影响
• 5.3.3 两相流与单相流的速度场比较
• 5.3.4 种分槽两相流的功率变化
• 5.3.5 实验结果与数值模拟结果的比较
• 5.4 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 参加的科研课题
• 个人简历