分解槽搅拌过程数值模拟研究

摘要我国石煤（含钒页岩）资源巨大，对石煤（含钒页岩）提钒的研究已成为稀有金属提取冶金领域的研究热点之一。

空白焙烧低酸浸出成本低，钒的浸出率高，污染非常少少，但该技术的应用限制相对来说非常狭隘；相比之下，石煤高碱浸出提钒，和石煤高酸浸出提钒，污染少，都能够提高钒浸出率，但是因为钒的浸出成本比较高，从而限制了这些工艺的应用。

因此有必要地利用计算流体力学（CFD）软件，采用标准k-ε紊流模型，分析非稳态非等温情况下，平直叶搅拌桨混合过程中浸出槽中流体的三维湍流流场和压力场的分布。

基于Fluent软件，采用标准的k-ε湍流模型，欧拉-欧拉多相流模型，多重参考系稳态流动方法，对浸出槽内固液两相流动过程进行数值模拟对比。

在本文中会设计一个搅拌槽，搅拌槽里的流体一般是硫酸溶液和含钒页岩固体颗粒，该搅拌槽由双斜叶桨，电动机，进酸管，浮球标尺等结构组成。

因为流体主要成分是硫酸溶液，所以搅拌槽的槽底，槽体内壁，工作层，槽体顶盖都使用耐强酸性的材料，在这里用的是聚四氟乙烯。

在模拟流场时会设置一定的运行条件，一般应用数值模拟方法研究浆叶转速和阻尼板高度对槽内固液浓度分布的规律，而在本文主要是研究桨叶的不同转速下流场的分布和桨叶的受力情况，从而对搅拌槽的结构进行优化。

结果表明：（1）在一定范围内，增大浆叶的转速有利于改善槽内固液分布；（2）在一定的范围内，增大阻尼板的高度有利于槽内固相的上浮，提高钒的浸出率。

关键词：浸出槽多重参考系固液两相流AbstractStone coal in China is rich in resources,studies of vanadium extraction metallurgy of rare metals has become a hot topic of research.Blank firing low acid leaching of low cost,high vanadium leaching rate,less pollution,but the technology is not universal;alkali leaching vanadium from stone coal,and roasting of vanadium and stone coal in high-acid leaching of vanadium,less pollution,are able to obtain high-vanadium leaching,leaching of high-cost, limited its application.Therefore it is necessary to use computational fluid dynamics(CFD) software,using standard k-e turbulence model,analysis of non-steady state non-isothermal case,turbine impeller mixing process in stirred tank of three-dimensional turbulent fluid flow field and temperature field distribution.Based on Fluent software,using standard k-e turbulence model,Euler-Ou Laduo flow model,steady flow of multiple reference systems, leaching trough for numerical simulation of solid-liquid two-phase flow in process. Application of numerical simulation of grout from the floor height,blade speed and vibration plate height rules of concentration distribution of solid and liquid in the tank.Results showed that in a certain range,increasing the blade speed to improve the distribution of solid and liquid in the tank in a certain range,increase the height plate floating in favour of solids in the tank;within the allowed range,lower the blade from the bottom height helps improve bottom sediment when the blade height to0.3D is better.Key words：Leaching trough Multiple reference frames Solid-liquid two-phase flow目录1绪论 (4)1.1选题背景 (4)1.2选题的意义和目的 (5)1.3本章小结 (5)2浸出工艺的介绍 (6)2.1石煤脱炭焙烧水浸提钒工艺研究 (7)2.2提钒原理 (8)2.3本章小结 (9)3搅拌槽的结构设计 (11)3.1搅拌槽设计初步 (11)3.2罐体的具体数据 (12)3.2.1长径比 (11)3.2.2搅拌罐装料系数 (11)3.2.3罐体的充液高度 (12)3.2.4初步计算筒体内径 (12)3.3本章小结 (13)4搅拌槽的流体仿真及数值模拟 (14)4.1仿真介绍 (14)4.2CFD的主要分析方法 (14)4.3模型的简化 (14)4.4Gambit的网格划分方法 (14)4.5流体仿真演示 (15)4.6边界条件的设定 (16)4.7计算结果与分析 (16)4.7.1图像分析 (16)4.7.2搅拌轴影响 (17)4.8结论 (22)4.9本章小结 (22)5毕业论文小结 (23)6参考文献 (24)7致谢 (26)1绪论1.1选题背景钒在我国众多领域都有广泛的用途，例如化工，机械化学，属于应用的资源，因此国家在这方面控制十分严格。

分解槽搅拌桨叶优化选型数值分析摘要本文利用流体力学中的相似原理，结合流体分析软件Fluent对现有的分解槽搅拌桨叶模型（MIG桨）进行等比放大及设计改型，对设计出的三种不同的搅拌桨叶模型进行了数值模拟，并从流场三维速度分布、均匀度、搅拌功率等三个方面进行了对比分析，为桨叶选型设计提供参考依据。

关键词分解槽；Fluent；搅拌桨叶；数值分析Numerical Simulation of optimum designing for Stirring blade of Precipitator TankWang YouGuiyang Aluminum-Magnesium Design & Research Institute Co.Ltd.，Guiyang，Guizhou，China 550081AbstractBased on the principle of hydromechanics similarity，this paper gives a numerical simulation analysis on the precipitator’s stirring blade （MIG）relevant design modification，and combined with the fluid analysis software Fluent. The paper competitively analyzes four aspects as the three dimensional flow field velocity distribution，solid content difference analysis，stirring power and the maximum shear stress，provides reference basis for design of stirring blade.KeywordsPrecipitator Tank，Fluent，Stirring Blade，Numerical Simulation0 引言随着氧化铝生产大型化的发展，传统的Φ14m分解槽已不能满足生产要求，需要开发更大直径型的分解槽。

不同槽底的双层搅拌器流场及功率的数值模拟陈博，雷泽勇，雷林，许晓山，钟林 (南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001)摘要：运用FUen 飲件的多重参考系（M R F 及标准资-着湍流模型，针对双层平槽底结构和锥槽底结构，研究了不同槽底 的双层搅拌器的流动特性，得出流场分布情况、转矩和搅拌功率，结果表明平槽底结构优于锥槽底结构。

关键词：搅拌器;数值模拟;流场中图分类号：TP 3S 17文献标志码:A文章编号：1002-2333(2017)01-0075-03Numerical Simulation on the Flow Field and Power of Different Tank Bottom Double-layer Agitator TankCHEN Bo , LEI Zeyong , LEI Lin , XU Xiaoshan , ZHONGLin(School of Mechanical Engineering , University of South China , Hengyang 421001, China )Abstract : M ultiple reference fram e (MRF ) of Fluent and K-s turbulence m odel are used to study th e flow characteristics of double-layer agitator tank w ith different tank bo tto m , nam ely flat-bottom ed double-layer agitator tank and cone-bottom ed double-layer agitator tank . The study conclusions are flow field distribution , torque and power . Results dem onstrate th at tank of flat-bottom ed is better than tank of cone -bottom ed .Key Words : agitator tank ; num erical sim ulation ; flow field 0引言搅拌槽作为矿浆混合剂制备设备被广泛应用于矿 山、化工、食品、电力、水处理及管道输送等行业™。

超声混粉电火花搅拌槽流场数值仿真及试验研究丁磊发布时间：2021-12-29T07:04:35.896Z 来源：基层建设2021年第28期作者：丁磊[导读] 超声混粉电火花加工是在工作液中加入硅、铝等导电性粉末太原航空仪表有限公司山西省太原市 030006摘要：超声混粉电火花加工是在工作液中加入硅、铝等导电性粉末，通过改变放电状态进而改善加工质量，因此加工过程中导电粉末能否均匀悬浮对于加工效果有很大影响。

利用Fluent软件对搅拌槽流场进行数值模拟，分析不同搅拌叶结构在不同高度、转速对流体的搅拌效果，确定离底高度为100mm、转速为900rad的45度六叶斜叶搅拌桨的流场效果最优，基于仿真模拟结果选择合适的搅拌桨结构参数，可为实现超声混粉电火花高质量的加工提供理论参考。

关键词：超声混粉电火花搅拌桨两相流 fluentNumerical Simulation and Experimental Research on Flow Field of Ultrasonic Powder Mixing Electric Spark Stirred Tank Abstract: Ultrasonic powder mixed EDM is to add conductive powders such as silicon and aluminum to the working fluid to improve the processing quality by changing the discharge state. Therefore, whether the conductive powder can be uniformly suspended during the processing has a great impact on the processing effect. Use Fluent software to numerically simulate the flow field of the stirring tank, analyze the stirring effect of different stirring blade structures on the fluid, and determine the best flow field effect of the 45-degree six-blade inclined blade stirring blade with a height of 100mm from the bottom and a rotation speed of 900rad. The simulation results select appropriate stirring blade structure parameters, which can provide a theoretical reference for realizing high-quality processing of ultrasonic powder mixing EDM.1铝粉颗粒的沉降模型分析2 固液两相流数值模拟分析利用FLUENT软件进行流场仿真，对影响铝粉颗粒沉降的关键参数：离底高度、叶轮转速、叶轮形状等参数就行优化，确定了通过一系列设计计算与仿真分析，确保所设计搅拌装置的参数合理性[3]。

分解槽搅拌过程数值模拟研究摘要：建立了一个工业分解槽的计算流体力学CFD模型，采用稳态多重参考系法以及欧拉-欧拉多相流模型对槽内固液两相搅拌过程进行数值模拟计算。

分析了流体速度分布、颗粒相分布以及搅拌功率变化过程。

关键词：分解槽数值模拟多相流分解槽在氧化铝冶炼过程中的用途是对溶出后的矿浆进行分级分解。

分解槽的搅拌既要满足料浆充分的混合悬浮又不破坏晶种的长大，因而对其搅拌的要求别于其他的搅拌。

现有的在工业上广泛应用的最大分解槽直径为14m，随着氧化铝生产线产能的提高，分解槽的设备大型化已成为必然趋势，需要开发更大直径的分解槽，其搅拌装置的设计亦成为设备大型化的研究主题。

由于实际数据采集非常困难，因而本文采用数值模拟手段对分解槽搅拌过程进行模拟分析，并与现场实际情况作比较分析，文中提出的模型可以作为分解槽大型化设计的有效仿真工具，为分解槽的大型化设计提供理论指导。

一、数学模型对于搅拌流场进行数值模拟，较难处理的是运动的桨叶和静止的挡板、槽壁之间的相互作用。

根据模拟计算的需要，本计算采用稳态多重参考系法，将各个计算区域分成两个或多个互不重叠的圆筒状区域，整个分解槽分为旋转区域和静止区域两部分，旋转区域的几何结构只有搅拌桨，静止区域的几何结构包括整个槽壁、挡板与提料管，旋转区域创建旋转坐标系，静止区域创建静止坐标系，搅拌桨相对内部子区域静止，实现搅拌桨的旋转。

五、模拟结果分析1.搅拌功率由图2中可以看出，这五种工况下分解槽内流场特征基本相同，在每层桨之间具有相类似的明显循环特征，即：在每层桨叶之间基本都可以形成流体从内外桨之间的位置向上然后分别在内侧和外侧再向下并形成循环的流动。

根据桨叶结构可以推测，外侧的流体循环主要由外桨叶带动的，内侧流体循环则主要由内桨叶带动的，内外桨叶的大转折角，造成了流体在内外桨叶之间位置的上升并形成多个循环。

在靠近主轴及挡板位置有一定量的流体不参与有效循环，该位置即是滞流区。