带搅拌的管式反应器中流场的数值模拟

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带搅拌管式反应器是化工冶金工业中的一种重要的反应器。管内的流场非常复杂,流动几乎为湍流,主要成螺旋流的形状。数值模拟是一种有效研究流体流动的方法,借助计算机可以计算复杂的流动场。鉴于旋流流动的湍流性,本文综合讨论了各种湍流模型的特点,并以柱坐标系下三维时均Navier-Stokes方程为基础,引入了湍流模型,同时简要分析了旋转坐标系对湍流模型的影响。 ANSYSCFX是一款计算流体动力学商业软件,其内部程序具有丰富的物理模型,可以进行多种物理现象的数值计算,CFX有三个主要操作界面:CFX-Pre、CFX-Solver、CFX-Post。进行数值计算的第一步是建立实体模型,本文使用三维实体造型软件ANSYSWorkbench中的Modeldesigner建立流场区域。然后把几何模型导入网格划分模块CFX-mesh中划分网格,最后把划分好网格的模型导入CFX-Pre进行流场区域、边界条件、求解控制参数等设置,用CFX-Solver求解器进行计算,计算结果在CFX-Post处理。 在CFX的后处理中,分析带搅拌管式反应器内流体的速度及压力分布,管内流动伴随有二次流的产生,说明反应器在搅拌过程中起了很好的效果。对实验数据进行整理之后,说明了用CFX软件进行数值模拟的可行性,即实现用数值模拟的方法代替部分实验的目的,也可以节约更多的时间和成本。 最后分析了对数值计算结果影响的主要因素,有边界条件、湍流模型、网格技术、流场的几何模型等。同时提出了一些改进措施,对提高计算精度有一定帮助,同时还为数值模拟技术在这一工程领域的实际应用和推广打下基础。
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