第３４卷第２期 青岛科技大学学报（自然科学版） Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．２ ２０ １ ３年４月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｉｎｇｄａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ａｐｒ．２０ １ ３
文章编号：１６７２—６９８７（２０１３）０２—０１８８—０５
差速搅拌捏合机三维流场的数值模拟分析
樊智敏。解培玉，高 亮
（青岛科技大学机电工程学院，山东青岛２６６０６１）
摘 要：利用ＵＧ软件建立差速搅拌捏合机的流场仿真模型，用Ｆｌｕｅｎｔ软件对其进行数
值模拟分析，得到物料在差速搅拌捏合机流场内压力值、流动速率、最大剪切应力的分布 以及物料形态的变化规律。结果表明，在两搅拌轴捏合区域处流体压力值最大，剪切应力
值最大，且清洁轴表面的流体速度要高于主搅拌轴上的流体速度，中心距对搅拌机的性能
有重要影响。 关键词：差速搅拌捏合机；流场分析；数值模拟
中图分类号：ＴＱ ３３０．４ 文献标志码：Ａ
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｆｌｏｗ Ｆｉｅｌｄ
ｉｎ ｔｈｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ—Ｓｐｅｅｄ Ｍｉｘｅｒ
ＦＡＮ Ｚｈｉ—ｍｉｎ，Ｘ１Ｅ Ｐｅｉ—ｙｕ，ＧＡＯ Ｌｉａｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６０６１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｓｔｉｒｒｉｎｇ ｋｎｅａｄｅｒ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ ｂｙ ｔｈｅ ＵＧ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｉｔ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ＦＬＵＥＮＴ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｇｏｔ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉ—
第２９卷第２期 ２００２年 北京化工大学学报 Ｖｏｌ ２９．Ｎ０．２ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＢＥＩＪＩＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２００２ 搅拌槽内三维流动场的ＲＮＧ ｋ－ｅ数值模拟 周国忠 王英琛施力田 （北京化工大学化学工程学院．北京１０００２９） 抽要 ＲＮＧ 一ｅ模型在耗散率方程中通过系数ｃ 弓ｆ人描述流场畸变效应的附加源项后，在一定程度上会改营 对旋转流、浮力流等较复杂湍流的预报能力。本文应用该模型对六直叶涡轮搅拌装的三维流动场进行了数值模 拟，并将计算结果与实验数据进行了比较。计算结果表明：ＲＮＧ ｋ－ｅ模型对檠叶附近速度场的预报较 。ｅ模型有一 定程度改普，但对湍流动能的预报却要比 一ｅ模型差。若要进一步改进对桨叶附近流动场的预报，必须故芋Ｆ基于各 向同性假设的揣流模型，转而采用能够反映各向异性的模型或采用先进的计算方法。 关麓调：搅拌槽；提轮搅拌桨；揣流模型；数值模拟 中圈分类号：ＴＱ０１８ 引 言 研究，分析了该模型计算结果的一些特点。 搅拌槽广泛应用于各种工业操作中．如液体混 合、气体分散、固体悬浮及化学反应等。近年来，利 用计算流体力学（ＣＦＤ）方法研究搅拌槽内的流动场 已经成为搅拌反应器研究的新热点。对搅拌槽内流 动场的数值研究多数采用标准 一ｅ模型。由于该模 型基于各向同性假设，对搅拌槽内流动场，尤其是搅 拌桨附近流动场的模拟并不合适。实验表明，该区 域的流动非常复杂，呈现强烈各向异性ｌｌ Ｊ。为了改 善对此区域的预报，许多学者进行了各方面的努力， 如采用高精度差分格式，或是对＾一ｅ模型本身的改 进和修正。其中比较有代表性的是由Ｙ０ｋｈｏｔ和 Ｏｒｓｚａｇ等人应用重整化群理论发展并改进的ＲＮＧ ．￡模型＿２】，其基本思想是把湍流视为受随机力驱 动的输运过程。通过频谱分析的方法消去其中的小 尺度涡并将其影响归并到涡粘性中，以得到所需尺 度上的输运方程。在高雷诺数时ＲＮＧ 一￡模型与 标准的 一 模型具有相同的形式，只不过在方程中 出现一个附加生成项，这一项随流动的畸变程度而 变化，从而会在一定程度上补偿标准 一ｅ模型的某 些不足。 本文应用该模型对六直叶涡轮搅拌桨的三维流 动场进行了数值模拟，通过对搅拌桨附近流动场的 收稿日期：２００１．０５—２７ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（２９９７６００２） 第一作者：男．１９７２年生，博士生 １流体力学模型 对变量 的守恒方程可以用（１）式表示 （ ）＋者（ｐ＇Ｕｉ＂ ）＝蠡（ ・差Ｊ＋ｓ Ｉ Ⅱ Ⅲ ＩＶ（１） 式中（Ｉ）为时间项，（１／）为对流项，（Ⅲ）为扩散项， （１Ｖ）为源项。上式对应于质量，动量，湍流动能和耗 散率的守恒方程时， 分别为１， 和ｅ。其展开 形式如表１所示。 有关模型常数的数值如表２所示。 同标准 一￡模型一样，ＲＮＧ 一￡模型也采用基 于Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ假设的雷诺应力关联式。在高雷诺数 ｒ１ ＾２ 时有，ＵＴ＝ 。因此，在形式上它与标准 模 型几乎完全相同，区别仅在于：标准 一ｅ模型中的系 数均由实验确定，而ＲＮＧ 一￡模型中的系数则由理 论推导产生【 ；在标准 一￡模型中，系数ｃ 是一个 茼单的常数，而在ＲＮＧ 一￡模型中，ｃ 则是应变率 的函数，由此间接改进了对耗散率方程的模拟，在一 定程度上考虑了湍流的各向异性效应，从而能够改 善对复杂湍流的预报结果。 ２计算策略 ２．１搅拌槽结构 计算所采用的搅拌槽结构与文献［１】的实验装
钨清液萃取导流筒搅拌槽三维流场数值模拟
王亮;龚姚腾
【摘 要】搅拌槽的内部结构形状是影响流场分布的一个非常重要的因素,研究采用计算流体动力学(CFD)的方法对钨清液萃取搅拌槽内加入导流筒以及不同结构参数下的流场进行数值模拟,导流筒的加入确定了搅拌槽内流体的循环流型,加强了桨叶对流体的作用区域.通过对导流筒搅拌槽内不同桨叶角度和导流筒高度下的流场进行分析,优化导流筒搅拌槽的结构参数,提高导流筒搅拌槽的整体混合效率,为搅拌槽的优化改进提供指导和借鉴.%The shape of the internal structure of the
stirred tank is a very important factor affecting the distribution of the flow
field.The CFD method was used to simulate the flow field of the tungsten
extraction tank and the flow field under different structural parameters.
The addition of the draft tube determined the circulation of the fluid in the
stirred tank Type to enhance the role of paddle fluid area.By analyzing the
flow field under different blade angles and the height of the draft tube in
the draft tube of the draft tube, the structural parameters of the draft tube
are optimized to improve the overall mixing efficiency of the draft tube.
第４期 ２０１２年４月 机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ２３９
文章编号：１００１—３９９７（２０１２）０４—０２３９—０２
穿流式搅拌器槽内流场的数值模拟
邹晨 谢明辉 周国忠 虞培清
（’浙江长城减速机有限公司，温州３２５０２８）（ 温州市长城搅拌设备设计研究所，温州３２５０２８）
ＮｕｍｅｒｉｃａＩ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｓｔｉｒｒｅｄ ｔａｎｋ ｏｆ ｐｕｎｃｈｅｄ ｉｍｐｅｌｌｅｒ
ＺＯＵ ＣｈｅｎＩ，ＸＩＥ Ｍｉｎｇ－ｈｕｉ２，ＺＨＯＵ Ｇｕｏ－ｚｈｏｎｇ２，ＹＵ Ｐｅｉ－ｑｉｎｇ （ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｇｒｅａｔ Ｗａｌｌ Ｒｅｄｕｃｅｒ ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｅｎｚｈｏｕ ３２５０２８，Ｃｈｉｎａ）
（ＺＷｅｎｚｈｏｕ Ｇｒｅａｔ Ｗａｌｌ Ｍｉｘｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｉｔｉｔｕｔｅ，Ｗｅｎｚｈｏｕ ３２５０２８，Ｃｈｉｎａ） ０一十 斤’ 一十 斤＋ 、量 １ §一 １ｑ ＋ 十 １ｑ 十 、● １ ｑ、ｔ ’ 一十 ｔ ’ ＾一十 １ 、● 、● ｑ、ｔ十’ 、●一＋ 、ｔ 十 【摘要】利用计算流体力学（ＣＦＤ）方法对有挡板条件下的桨式和穿流式搅拌器槽内流场进行了
三维数值模拟。在模拟的条件下，穿流式搅拌器提高了搅拌槽内的剪切速率，能够增强槽内流体的湍
动，同时也加强了搅拌槽底部的流体流动。实验和模拟都发现在雷诺数较低时，两者的功率准数相当， 随着雷诺数的增加有孔平桨的功率准数下降。并且发现单层四叶有孔平桨和双层二叶有孔平桨的功率
准数模拟相对误差小于单层二叶有孔平桨的模拟误差。总体来说模拟值与实验值吻合还是较好，所以
ＣＦＤ方法的能够用于穿流式搅拌器的优化设计。
关键词：穿流式搅拌器；计算流体力学（ＣＦＤ）；剪切速率；功率准数
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａ ３Ｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌ￣ｉｏｎｆｏｒｆｌｏｗｆｉｅｌｄ ｏｆｐａｄｄｌｅ切ｅ ａｎｄ ｐｕｎｃｈｅｄ ｔｙｐｅ ｉｍｐｅｌｌｅｒ ｗｉｔｈ ｂａｆｆｌｅ ｉｎ ｓｔｉｒｒｅｄ ｔａｎｋ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）ｍｅｔｈｏｃＬＵｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｎ—
