1、长 春 大 学 毕业设计（论文）纸 共 10 页 第 1 页 装 订 线 在搅拌 釜 中大涡模拟的混合时间 化学工程学院 ,北京化工大 学 ,北京 100029,中国 简要 ： 大涡模拟 (LES)的混合过程在一个直径 0.476米的搅拌釜用 3狭窄的叶片水翼 CBY叶轮被报道。湍流流场的计算和混合时间使用 KES SmagorinskyLilly次网格尺度模型。 叶轮旋转是建模使用滑动网格技术。 “ 电力需求和混合时间获得从实验和 LES之间进行了预测要比传统的雷诺平均 n - s(RANS)方法要好。示踪响应预测的曲线由 LES和实验之间来预测的。结果表明 ,LES是一个可靠的工具来研究在
2、搅拌罐里不稳定周 期行为的紊流。 关键词：大涡模拟 ,次网格尺度模型、混合时间、水翼叶轮 1 介绍 ： 机械搅拌罐广泛应用于许多工业过程。在搅拌釜中流结构是高度三维并且复杂 ,涵盖范围广泛的空间和时间尺度。液体是通过坦克传阅的作用下旋转叶轮。这个漩涡叶轮旋转产生的 ,保留其相干就大量距离到散装液体 ,伴随着高剪切率和强烈的湍流活动。因此 ,他们是必不可少的在流场的混合性能。混合时间 , m,是时候需要混合添加二级液体与容器的内容有一定程度的均匀性 ,通常 95为了达到 95%以上最后的浓度。在任何情况下 ,混合时间的一个搅拌釜通常用于指示其有效 性。知识的混合时是需要时间的优化设计的搅拌罐。在
3、过去的 30年广泛的实验研究已报道混合时间。在过去的二十年里 ,进展取得了在计算流体动力学 (CFD)模拟混合过程拥有伟大的计算机技术的进步。 Ranadeetal用数值仿真给详细的流和散装混合产生的向下流投球叶片涡轮在一个完全困惑的圆柱形容器。 undenetal 和 Schmalzriedt和罗伊斯形式 -迟来的脉冲示踪实验解决了材料在三维流场平衡与拉什顿涡轮 (DT6)他们建议的质量结果是高度依赖于精确的流体动力学计算 ,特别是关于湍流建模。 Jaworskietal报道 , 95计算大约两到三次测量值在与双 DT6搅拌罐 ,并暗示这差异是因为大众交流的四个不同的轴径向循环循环是预测下大
4、举 CFD。 LES,首先采用搅拌釜的 集成判别算法 ,是被证明是一个不错的方法 ,研究湍流流 动 不稳定和准周期性的行为。随后 Revstedtetal指出 lES会赞成见详细的流场 ,无法取得所谓的雷诺平均方程和共同响应模型 ,然后 Revstedt和 Fuchs模拟了槽搅拌通过两个标准 Scaba拉什顿叶轮或 6 srgt叶轮。 Derksenetal使用与Smagorinsky LES次网格模型中 ,Smagorinsky常数 c = 0.12,以模拟困惑的搅拌长 春 大 学 毕业设计（论文）纸 共 10 页 第 2 页 装 订 线 釜驱动涡轮机拉什顿 Re = 29000和 Derk
5、sen也模拟单相流由一个搭叶片叶轮使用LES与标准 Smagorinsky或结构函数的次网格模型。作者所有的关注研究了三维速度和和湍动能在搅拌釜和证明 LES是一个好工具的调查紊流在工业应用的实际意义。在这部作品中 ,Smagorinsky-Lilly 和 LES介绍了次网格模型首先在模拟混合浓度的过程中 ,通过监测示踪剂得到混合时间在槽搅拌 ,在 3狭窄叶片水翼 CBY叶轮。 LES和 RANS之间作了比较。 2 物理和计算配置 搅拌釜的 使用在这个工作是一个有机玻璃船 0.476米直径与平底和四个挡板。环境使用的自来水。一个 3狭窄的叶片水翼 CBY叶轮被使用。叶轮速度 n是 150、 1
6、80、260和 300 r分钟 1(对应 Re = ND2 / = 9 1.8 104 105)分别和流体流动和湍流动 。实验仪器的细节都显示在图 1 图 1（一 )的视图的搅拌釜和 (b)3狭窄叶片水翼 CBY叶轮 长 春 大 学 毕业设计（论文）纸 共 10 页 第 3 页 装 订 线 (T=476mm； H/T=1.0； C/T=1/3； D/T=0.4； WB/T=0.1) 3 实验 95测量电导率的变化在引进少量的示踪剂 (饱和氯化钾溶液 )。 10毫升的示踪剂被加入到自由表面的液体是 -二层两个挡板。探测器安装在位置的底部附近的坦克的对面添加点。电导仪的输出是通过收购获得一个模拟滤
7、波器和一个放大器和 A / D转换器 ,然后存储为后续分析。这些测量重复在至少 5次 ,实验条件得到一般的混合时间。叶轮转速和轴转矩测量通过分别使用光学电子转速表和转矩传感器。这个详细描述报告在其他纸上 12但是唯一不同的是 ,目前的水槽有一个平底而不是压 制基地 13在目前的工作模式被选择。 4 数学方法 4.1流模型 主要的困难相关的模拟湍流在搅拌釜是广泛的范围的尺度 :从规模小的体积的水槽的尾涡结构相关联与叶轮叶片运动 ,和大污风再循环物理几何的限制水槽。所以质量和精度的仿真在搅拌釜严重依赖于湍流模型。 一个非常准确的预测是可能的手段直接数值模拟 (DNS)。在 DNS中 ,流体运动到耗
8、散尺度是解决和它因此仅适用于相对低雷诺数字流和不适用于工业相关应用程序。 在雷诺平均 Navier-Stokes (RANS)模型只代表运输方程的意思流数量 , 与所有的尺度的湍流 建模相比。这种方法允许解决方案的平均流量变量大大减少了计算工作量。如果平均流量是稳定的控制方程没有包含时间衍生品和一个稳态解可以得到经济上的。计算的优势是看到即使在瞬态情况下 ,由于时间步将取决于全球不稳定在平均流量而非由湍流。雷诺平均的方法通常是采用实用的工程的计算 ,并利用模型 Spalart-Allmaras等 k- ,k- ,RSM及其变体。标准的k- 模型 ,k- RNG模型 14和各向异性代数雷诺应力模
9、型 15,是最简单的模型和可以预测完全湍流流场合理吗同意实验数据。所以与 LES相比较，标准 k-型 ,k- RN模型 14和各向异性代数雷诺应力模型 15,是最简单的模型和可以预测完全湍流流场合理性， 同意实验数据。所以与 LES相比较，标准 k- 在目前的工作模式被选择。 LES是一个介于 DNS和 RANS方法。 基本上大的涡流解析直接用 LES,而小旋涡用建模 。在 LES,控制方程用于 LES是得到过滤含 n - s方程在 傅里叶 (波数 )空间或配置 (物理 )空间。过滤过程有效地过滤掉的旋涡， 滤波器的宽度或网格间距用于计算。由此产生的方程从而支配大漩涡的动力学。一个过滤变量被定义为
