连续高速分散混合器内流体力学行为的数值模拟

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高速分散混合器(RS)以其独特的剪切分散机理和低成本、超细化、高质量、高效率等优点已广泛应用于化工、生化及食品加工等行业,但目前对其流动特性还缺乏系统的研究。计算流体力学(CFD)方法可以为新型设备内的复杂流动问题提供有效的研究手段。它能够整体考察混合器内的情况,获得混合器内的局部信息,还可使预测结果可视化。本文在计算流体力学原理和湍流模型理论基础上,运用CFD软件FLUENT6.2,对YSTRAL公司连续高速分散混合器(CRS)的流动特性进行数值模拟,考察了不同计算模型及计算方法对CRS各项流动参数的影响,并结合实验研究进行对比分析。研究结果表明,流动场的计算中滑移网格(SM)法在处理转子-定子间隙的相互作用上优于多重参考系(MRF)法,但MRF法处理不同滑移位置的流动可以得到转子-定子间隙的流动特征;单相水的模拟体系在高转速大流量情况下出现流场失真,而采用多相流及空穴模型模拟未能得到较好的结果。单相水的模拟结果给出了CRS腔内速度、压力、剪切速率、湍流动能及湍流耗散速率的分布规律,结果表明各流动特征均呈非对称分布,并且相对转子不同的几何位置,定子槽内产生流型不同的漩涡,模拟结果与文献相吻合,揭示了CRS内部流动的主要特征。本文在流场计算的基础上,进一步计算了CRS水力性能,并将性能预测的计算值与实验值进行了对比。结果表明,功率消耗的预测值与实验结果吻合良好。在中小流量情况下,水力学性能曲线的模拟值和实验值吻合较好,但对于较高流量情况下由于液沫夹带而无法准确预测。模拟结果表明,CRS的泵送效率很低,其功率消耗主要用于物料高效剪切混合。本文的工作对CRS的设计改进和性能优化具有重要意义。
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