箱式混合澄清萃取槽流场数值模拟研究

摘要

箱式混合澄清萃取槽是萃取冶金中广泛使用的重要设备。采用数值模拟方法研究槽内流体在不同搅拌条件下的流体力学行为、混合与分相等情况,对设备结构设计和工艺条件优化具有重要的指导作用。
　　本研究采用Gambit软件构建箱式混合澄清萃取槽几何模型,基于Fluent仿真软件,选用多相流模型、标准k?ε湍流模型,多参考系模型,一阶迎风格式离散方法,对混合室的搅拌混合过程进行三维流场数值模拟;选用Eulerian多相流模型、Laminar(层流)模型、一阶迎风格式离散方法,对澄清室进行分相过程数值模拟。
　　在混合室模拟中,分别考察了不同桨型、不同搅拌速度等因素对混合室流场的影响;在澄清室模拟中,分别考察了混合相进料速度、分散程度等因素对分相效果的影响,此外还考察了重相入口高度对澄清室相界面高度的影响。分别输出了混合室和澄清室不同截面上的速度矢量图、相体积分数分布云图、压力云图等。
　　在混合室接触相比为1:1条件下,当搅拌速度达100rpm时,两种桨型(涡轮桨与平桨)均达到了较好的混合效果,混合室内各区域液液两相的相体积分数基本相等;当采用涡轮桨时,两进料管内液位下降程度大于平桨搅拌,表明涡轮搅拌抽力高于平桨搅拌。当搅拌速度提高至260rpm时,旋流增强,混合室内液面呈下凹抛物线状,易造成液体飞溅。
　　在本研究设定的澄清室容积情况下,当混合相进料速度小于0.12m/s时,分相效果良好;随着进料速度的增加,分相效果不断下降,当混合相进料速度达0.2m/s时,基本无分相效果。
　　本研究用轻相分散粒径来对应混合相的搅拌混合强度,结果表明,分相效果随着轻相分散粒径减小(对应混合强度增大)而下降,所以在萃取分离中,混合室搅拌混合强度不能过大,否则将严重影响分相效果。

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第1章 绪论

1.1 萃取

1.2 CFD在混合与分离过程研究中的应用

1.3 研究内容和研究意义

第2章 CFD与流场数学物理模型

2.1 CFD简介

2.2 流体动力学的控制方程

2.3 多相流模型

2.4 湍流模型

2.5 控制方程的离散方法

2.6 本章小结

第3章 混合与澄清室流体几何模型

3.1 混合室几何模型

3.2 混合过程模型选择及fluent参数设置

3.3 澄清室几何模型

3.4 澄清过程模型选择及fluent参数设置

3.5 本章小结

第4章 混合室流场数值模拟

4.1 多相混合效果

4.2 流场分析

4.3 混合过程压力场分析

4.4 转速对流场的影响

4.5 桨型对流场的影响

第5章 澄清室流场数值模拟

5.1 计算模型简化

5.2 相体积分数分布

5.3 进料速度对分相的影响

5.4 搅拌强度对分相的影响

5.5 重相高度对相界面的影响

第六章 结论

6.1 混合过程仿真

6.2 澄清过程仿真

参考文献

致谢

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果

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