导流筒对自吸式搅拌釜内流动特性影响的研究

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本文以带有导流筒的自吸式搅拌釜为研究对象,结合了数值模拟和实验,考察了导流筒长度、短叶片倾斜角度、搅拌桨旋转方向(本文中顺时针旋转时对应上提式,逆时针旋转时对应下压式)对搅拌釜内流场的影响。论文首先使用粒子图象测速(PIV)技术对带有导流筒的搅拌釜内速度场进行测量,分别对各实验工况下釜内的时均速度、时均流线、涡量、脉动和湍动能进行研究,分析比较出对釜内流场影响最优的导流筒长度、短叶片倾斜角度和搅拌桨旋转方向。再分别使用雷诺时均(RNG K-ε)和大涡模拟(LES)的方法对实验工况进行数值模拟,并将两种模型模拟得到的结果分别与实验结果进行定性和定量对比,得出哪种模拟方法模拟的的结果更贴近于实验数据。实验的最后对已经模拟出来的结果通过水平面内的时均速度分布和3D涡量进行分析。
  研究结果如下:相同导流筒长度、相同搅拌桨旋转方式时,短叶片倾斜角度为60°的釜内流体的混合情况最好;相同短叶片旋转角度、相同搅拌桨旋转方式时,导流筒长度为170mm的釜内流体的混合情况最好;相同导流筒长度、相同短叶片倾斜角度时,上提式的搅拌桨釜内的流体混合情况最好。RNG K-ε与LES两种模型的模拟结果中,LES模型模拟的结果更贴近于实验结果,结果也就更准确。同时分析LES模型模拟的结果时,发现导流筒的存在会明显对釜内流体的轴向和径向速度有影响,会限定釜内流体的流动路线,还有助于提升釜内流体的轴向流动,提升混合效果;发现不同短叶片的倾斜角度产生的径向泵送会有区别,短叶片倾斜程度越大,径向泵送量越大;上提式搅拌桨跟下压式搅拌桨相比,下压式有助于减小釜底死区体积,但就整体的混合效果来看,上提式对釜内流体的混合效果更好。
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