基于流体分析的工业结晶器搅拌桨结构优化

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1、第!"卷!第#期西!南!交!通!大!学!学!报689:!"!+8:#!!!!!!!$%%!年&%月’()*+,-(./()0123/0’4,(0(+5)+463*/407(;<:$%%!!!文章编号!%$#"=$?$A"$%%!#%#=%#%&=%A基于流体分析的工业结晶器搅拌桨结构优化薛兆鹏!徐燕申!牛文铁"天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室$天津!%%%?$#摘!要!通过对结晶器搅拌桨的结构分析$以螺距比!%"$盘面比#3%#(和筒径比$%"%等为参数实现搅拌桨的参数化设计&以结晶器内各点流速均匀分布为原则$用通用流体力学分析软件.9CDE<对釜内流场进行了定量分析$

2、确定最优参数为!!%"F&&$$#3%#(F%&?$$%"%F%&>!&关键词!工业结晶器&搅拌桨&计算流体力学中图分类号!01&$$!!文献标识码!,(G

3、$QWHEP#!"#$%&’$!TPKDN8EPEP9RSHEL

4、8IGC!&()*+,%-#!HENCK

5、&!与螺旋面直径"之比!%"称为螺距比&可见$螺距比表示了桨叶的倾斜程度&各半径处共轴圆柱面与桨叶相截所得截面展成平面后$光滑连接端点所得的轮廓称为伸张轮廓&各叶伸张轮廓面积总和称为伸张面积$用#表示&搅拌桨旋转时$叶梢包围的圆的面积称为盘面积$3用#表示&伸张面积#与盘面积#之比$即#%#$称为盘面(3(3(图比&实质上$盘面比的大小表示桨叶的宽窄程度$盘面比越大$桨叶.HL:&!0WDLD8ID=%$基金项目!国家自然科学基金资助项目"#%$?#&%

6、##作者简介万方数据!薛兆鹏"&@?AB#$男$博士:#%$西!南!交!通!大!学!学!报第!"卷/!流体分析的基本原理/0.!优化目标!&"!!结晶器搅拌桨的传统设计都是通过缩微模型试验进行流体动力学性能分析#该方法周期长#成本高&为了提高搅拌桨设计的成功率#采用通用流体力学分析软件.9CDE<模拟工作过程中结晶器内的流体状态#通过控制搅拌桨和结晶器结构得到理想流场&!$"搅拌的目的是使饱和溶液在结晶器内能均匀地混合#从而完成结晶反应&根据水力学研究#在搅拌条件下#液体达到一定速度后#质点呈紊动状态运动&紊动愈剧烈混合愈充分#最佳的搅拌桨应使釜内各空间点有均匀的流速#避免形成超

7、饱和区或低饱和区&所以#釜内各点的流速分布是研究搅拌效果的基础&/0/!边界条件!!结晶器工作过程中#有旋转的动边界和不动的静边界#计算采用移动参考坐标系#流体网格相对移动参考坐标系保持静止:结晶器及导流筒定义为运动面#并与相邻区域保持等速旋转#同时将桨叶定义为静止面:固体壁面与流体接触的所有界面上均采用了无滑移固壁条件#在近壁区采用标准壁面函数:!!"用.9CDE<软件计算时#结晶器内常处在气液固三相状态下#悬浮密度也随结晶反应程度有所变化:这里主要研究搅拌桨结构优化设计#以流