Rushton气液搅拌釜气含率分布γ-CT测量与气液混合CFD模拟

摘要

Rushton搅拌釜在石化、制药、化工、生物化工等领域有着广泛的应用,CFD模拟技术逐渐成为研究搅拌釜流体混合特性的主要手段之一。本文首先分析了γ射线多探测线路的均一化问题,并建立了均一化负累积分布与密度分布两种响应模型,该模型理论上可用于137Csγ射线CT多探测线路的均一化识别与检验。利用γ-CT测量技术测得了Rushton气液搅拌釜3/4横截面处的气含率分布图像,并与CFD数值模拟结果做了比较,模拟值与实验值吻合较好。
　　用欧拉-欧拉双流体模型模拟了Rushton气液搅拌釜3/4横截面处的气含率分布,得到了不同气体流量和搅拌转速下的气含率数字分布曲线,该计算过程考虑了气泡的聚并与破裂模型和曳力系数的修正。结果表明:气含率分布随气体流量和搅拌转速的增加而增大,且气体流量对气含率分布的影响更加显著;气含率分布的密集区出现在搅拌桨上方区域。
　　用雷诺应力模型结合多参考系法模拟了Rushton气液搅拌釜内的气液混合特性,得到了不同截面处气含率大小分布规律,并与γ射线CT实验所测得的结果做了比较,结果发现:除排出流区CFD模拟值与实验值相差较大外,上循环区与下循环区都吻合的较好;结果表明排出流区的气含率最高,在搅拌桨高速旋转下,流体沿叶片端面急速排出,湍动也十分强烈。通过比较液相速度的径向分布侧形与轴向分布侧形可知:单相流的径向速度峰值更接近搅拌叶片的尖端,而两相流的径向速度峰值向外发生了平移;当达到临界状态后,自叶片端面向外的径向位置,通气量对液相速度的分布侧形几乎没有影响,但搅拌转速得影响却不能忽略;在叶片端面位置时,搅拌转速与通气量对径向速度的轴向分布影响较大,且通气量对液相径向速度变化的影响效果更加明显。比较湍流动能的分布侧形可知:不管是径向分布还是轴向分布,湍流动能都存在一个峰值,且该峰值出现在叶轮所在平面;且当达到临界状态后,搅拌转速对湍流动能的影响巨大,而通气量对湍流动能的影响很小。

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前言

第1章 文献综述

1.1γ射线CT测量技术

1.2 气—液两相流模型综述

1.3 气液两相流混合理论及研究进展

1.4 多相流CFD技术应用

1.5 本论文主要研究内容

第2章 γ射线CT测量实验与均一化模型建立及应用

2.1γ射线CT测量实验

2.2 多探测线路均一化模型的建立及应用

2.3γ射线CT测量实验及结果

2.4 结论

符号说明

第3章 气液两相的CFD模拟方法与讨论

3.1 引言

3.2 CFD模拟气液搅拌釜的方法及过程

3.3 CFD模拟过程的几点讨论

第4章 Rushton搅拌釜内气液混合的CFD模拟

4.1 引言

4.2 数值方程及离散格式

4.4 气含率分布与实验结果的对比

4.5 速度场分布

4.6 湍流动能

4.7 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间公开发表论文