试谈偏心偏心式磷酸反应槽中三维流场数值模拟题目

摘要：随着磷肥工业和磷酸盐工业的进展，磷酸在工业上的需求量迅速增加。由于磷矿资源的有限性和当前磷酸反应槽内搅拌器效率不高，合理的运用现有资源显得尤为重要。目前，对磷酸反应槽的设计主要是依靠传统的经验设计，这种设计不仅设计周期长，而且往往达不到设备的最佳利用效果，对资源、资金、人力和物力造成了浪费。偏心搅拌是搅拌轴偏离搅拌槽中心位置的一种的搅拌形式，它破坏了槽内流场结构的对称性，诱导了槽内流体的混沌混合，与常规搅拌槽相比，不需设置挡板，被广泛运用于化工、制药、冶金等行业。到目前为止，在磷酸反应槽中采取偏心式搅拌的混合方式未曾见之于报道。本论文是基于探讨某工程中φ5000×6500磷酸反应槽在生产历程中的节能优化不足，经探讨在磷酸反应槽中利用偏心式搅拌，采取数值模拟的策略对偏心式磷酸反应槽中的三维流场进行了模拟浅析，着重探讨了偏心率与转速对流场结构的影响规律，所做工作如下：（1）将工程用的磷酸反应槽简化为实验用的搅拌槽，用清水代替实际工作介质，分别用数值模拟的策略和PIV实验探讨的策略对偏心搅拌槽中的流场进行浅析，比较两者的浅析结果。（2）建立偏心式磷酸反应槽的数值浅析模型，对偏心式搅拌槽中流场进行数值模拟，浅析偏心率和搅拌转速的转变对槽内流场的影响规律。（3）确定适合本探讨工作的偏心率和搅拌转速。对所做工作进行总结，得到以下结论：（1）通过FLUENT软件和PIV系统对实验室搅拌装置中的流场进行探讨，对结果进行比较发现，在误差允许的范围内，模拟结果可反映出真实的流场，验证了FLUENT软件对偏心搅拌槽中流场预测的可靠性。（2）偏心式搅拌反应槽中的流场呈非对称性结构，液流由液面向动至桨叶处被分为两股流体，一股发生转向沿槽壁向上流动，一股沿槽壁向动至槽底处转向，流向桨叶底部，由此在整个槽内形成两个大的循环流，循环流位于桨叶上下方。（3）随着偏心率的增加，搅拌轴偏向一侧的流体受到挤压，偏离一侧的循环流范围增大，但并非偏心率越大槽中液流的扰动越强，在本探讨工作中，偏心率为0.2时，槽中的搅拌效果为最佳。（4）随着转速的增加，槽中液流的速度得到加强，尤其是靠近液面附近的流体速度得到加强，但并非速度越大，槽中混合效果就越好，当速度增大到某一值后，槽中流场的分布结构几乎未发生转变。在本探讨工作中，搅拌转速160rpm为最佳适宜值。（5）在磷酸反应槽中采取偏心式搅拌不仅可以改善反应槽中的流场结构，增强槽内流体的扰动，提升混合效率，而且可以节约能量。本论文的探讨工作对磷酸反应槽的改善具有一定的参考价值。关键词：磷酸反应槽论文混沌混合论文偏心搅拌论文数值模拟论文PIV（粒子成像测速技术）论文

摘要4-6

Abstract6-9

目录9-12

第1章 绪论12-26

1.1 探讨背景及作用12-13

1.2 CFD 技术在搅拌槽中的运用与进展13-16

1.2.1 CFD 技术介绍13-14

1.2.2 国内搅拌槽内流场探讨近况14-16

1.3 混沌混合的运用与进展16-18

1.3.1 混沌混合16-17

1.3.2 国内外混沌混合探讨近况17-18

1.4 偏心搅拌18-20

1.4.1 偏心搅拌在工程上的运用18-19

1.4.2 偏心搅拌探讨近况19-20

1.5 PIV 技术及其运用20-23

1.5.1 PIV 技术介绍20-21

1.5.2 PIV 技术在搅拌槽中的运用21-23

1.6 本课题的主要探讨内容及探讨案例23-26

1.6.1 本课题的探讨目的23-24

1.6.2 本课题的主要探讨内容24-25

1.6.3 本课题的探讨案例25-26

第2章 偏心搅拌槽内流场的数值模拟与试验策略26-54

2.1 偏心搅拌槽中流场的相似论证26-28

2.2 搅拌槽内流场的 CFD 浅析原理28-34

2.2.1 基本制约方程28-31

2.2.2 CFD 模型的离散31

2.3.3 流场数值计算算法31-33

2.2.4 搅拌槽内数值模拟策略介绍33-34

2.3 偏心搅拌槽内数值模拟的流程34-43

2.3.1 几何模型及计算参数35

2.3.2 网格划分35-37

2.3.3FLUENT 求解步骤37-43

2.4 偏心搅拌槽中流场的试验策略43-47

2.4.1 实验装置43-45

2.4.2 PIV 技术的原理45-47

2.4.3 实验步骤47

2.5 模拟结果与实验结果的比较浅析47-52

2.5.1 宏观流场的结果比较47-49

2.5.2 综合速度的结果比较49-51

2.5.3 误差浅析51-52

2.6 本章小结52-54

第3章 偏心率对偏心搅拌槽内三维流场的影响54-66

3.1 流场结构浅析54-61

3.1.1 铅垂面速度场54-58

3.1.2 水平面速度场58-61

3.2 时均速度分布61-64

3.3 本章小结64-66

第4章 转速对偏心搅拌槽内三维流场的影响66-72

4.1 转速对搅拌槽中流体流型的影响66-68

4.2 转速对槽中流体时均速度分布的影响68-69

4.3 转速对功率消耗的影响69-71

4.4 本章小结71-72

第5章 磷酸反应槽改善前后比较浅析72-76

5.1 流场结构比较浅析72-73

5.2 搅拌功率比较浅析73-74

5.3 本章小结74-76

第6章 全文总结与展望76-78

6.1 全文总结76-77

6.2 展望77-78