计算流体动力学的发展
把这个特殊的问题
研究文章| Shitanshu Gohel Shitalkumar Joshi,默罕默德爱资哈尔,马克•霍纳Gustavo PadronCFD建模的固体悬浮搅拌釜:阻力模型和湍流扩散对云高度的影响
Shitanshu Gohel,<年代up>1年代up> Shitalkumar Joshi
1年代up>ANSYS流利的印度分公司MIDC,情节不。34/1,拉吉夫·甘地公园,Hinjewadi,浦那411057年,印度年代pan>
2年代up>ANSYS有限公司,英国谢菲尔德商业园6欧罗巴看来,英国谢菲尔德S9 1 xh,年代pan>
3年代up>ANSYS Inc .) 1007年教堂街,250套房,埃文斯顿IL 60201,美国年代pan>
4年代up>克兰菲尔德BHR集团流体工程中心,贝德福德郡MK43 0 aj,英国年代pan>
文摘
许多化工过程包括悬浮固体颗粒的液体。在密集的系统中,搅拌导致上面一层透明液体固体的形成云。云的高度,定义为透明液体界面的位置,是一个关键过程性能的措施。在这项研究中,固液混合实验和云高度测量作为操作条件和搅拌釜配置函数。计算流体动力学模拟然后执行使用一个Eulerian-Granular多相模型。阻碍的影响和不受阻碍的阻力模型和湍流分散力云高。比较实验和计算数据显示良好的协议条件的全面测试。
1。介绍
悬浮固体颗粒的液体是许多工业过程的关键要求。与这个工作相关例子包括结晶、溶解和吸附过程。这些特征为复杂多相过程通常是通过机械搅拌的坦克。最大化接触固体和液体阶段促进传质和反应,因此,评估过程中暂停粒子的能力是一个关键的目标。悬架的质量可以通过三个量化参数:悬浮速度,固体分布,和云的高度。后者的位置被定义为solids-rich液体和透明液体之间的界面区域。之间的有限混合云的高度是至关重要的,因为水中的悬浮固体,上层清液层。目前的研究旨在开发和验证计算模型的固体悬浮过程使用云高度的实验测量。
搅拌容器中的流体动力学复杂,三维紊流。固体和液体之间的相互作用的材料,容器设计,叶轮类型和位置,水平的风潮确定混合过程的效率。许多实证模型开发与坦克性能操作条件和几何(
计算流体动力学(CFD)方法是强大的工具为提高我们理解混合搅拌坦克。在过去的几年里,取得了令人鼓舞的结果在固体悬浮系统的仿真
细粒度模型的扩展欧拉模型在建模为拟流体固体。拟流体物理性质,如粘度、固体压力和压力,源于颗粒流的动力学理论。根据Montante et al。
湍流模型的成功也是至关重要的CFD分析固液系统。动荡中扮演一个重要的角色在发展中单相流结构,和人们普遍认为它也会有一些影响固体分布了坦克。以前有CFD调查指出turbulence-assisted固体分散在了坦克的重要性
解决上述情况,本研究旨在开发一个CFD建模策略预测固体悬浮过程中云的高度。一个Eulerian-Granular多相模型是用来模拟粒子悬浮的过程。实验数据被用来证明模型的选择输入,特别是阻力模型和湍流分散力。每一个独立进行评估说明它们的相对重要性。最后,比较模型的结果与相应的实验数据建立了建模方法的有效性在一个广泛的实验条件。
2。实验装置和程序
BHR集团进行了实验工作作为流体混合过程的一部分(fmp)工业研究项目。执行的测试是在一个透明的有机玻璃槽直径<年代vg height="13.45" id="M1" style="vertical-align:-2.21957pt;width:19.125px;" version="1.1" viewbox="0 0 19.125 13.45" width="19.125" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
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3.2.2。物理模型和边界条件
的可实现的
多重参考系(MRF)方法用于叶轮旋转模型。虽然一个近似,这种方法已被证明产生令人满意的结果,特别是当挡板之间的交互和叶轮是虚弱的。自由表面被认为是固定的,因此对称边界条件规定。无滑动边界条件是适用于所有其他墙壁表面。
被选出的高阶离散化方案减少数值扩散。Green-Gauss节点基于梯度的选择是用于梯度计算在细胞接口和快速离散化方案用于动量、体积分数和湍流方程。所有病例固相均匀分布的初始化。稳态解算器是利用解出所有流程变量。
4所示。结果
4.1。流和固体分布
液体速度提供洞察了坦克内部的混合过程。数据
(一)年代trong>
(b)年代trong>

(一)年代trong>

(b)年代trong>
| : | 从罐底距离降低叶轮,m |
| : | 从罐底距离上叶轮,m |
| : | 阻力系数 |
| : | 叶轮直径,m |
| : | 粒子直径,米 |
| : | 流体湍流扩散系数,<年代vg height="13.9875" id="M50" style="vertical-align:-0.17555pt;width:28.799999px;" version="1.1" viewbox="0 0 28.799999 13.9875" width="28.799999" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
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| : | 电梯、虚拟质量,和任何其他外部力量作用于固相,<年代vg height="13.9875" id="M52" style="vertical-align:-0.17555pt;width:34px;" version="1.1" viewbox="0 0 34 13.9875" width="34" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
|
| : | 液体填充水平,m |
| : | 云高,米 |
| : | 间期交换系数,<年代vg height="17.174999" id="M56" style="vertical-align:-2.7337pt;width:49.512501px;" version="1.1" viewbox="0 0 49.512501 17.174999" width="49.512501" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
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| : | 流固界面质量交换,<年代vg height="17.174999" id="M58" style="vertical-align:-2.7337pt;width:49.512501px;" version="1.1" viewbox="0 0 49.512501 17.174999" width="49.512501" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
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| : | 叶轮转速,转速 |
| : | 只是悬浮速度,rpm |
| : | 压力由所有阶段,共享<年代vg height="13.9875" id="M62" style="vertical-align:-0.17555pt;width:34px;" version="1.1" viewbox="0 0 34 13.9875" width="34" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
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| 再保险: | 相对雷诺数 |
| : | 流固相间动量交换,<年代vg height="13.9875" id="M64" style="vertical-align:-0.17555pt;width:34px;" version="1.1" viewbox="0 0 34 13.9875" width="34" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
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| : | 罐直径、米 |
| : | 流体相速度,m / s |
| : | 相间速度,m / s |
| : | 的速度<年代vg height="9.875" id="M69" style="vertical-align:-2.29482pt;width:7.9124999px;" version="1.1" viewbox="0 0 7.9124999 9.875" width="7.9124999" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
|
| : | 固相速度,m / s |
| : | 阶段的平均速度的流体相,m / s |
| : | 阶段的固相的平均速度,m / s |
| : | 漂移速度,m / s。 |
| : | 相的体积分数<年代vg height="9.875" id="M75" style="vertical-align:-2.29482pt;width:7.9124999px;" version="1.1" viewbox="0 0 7.9124999 9.875" width="7.9124999" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
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| : | 应力-应变张量的阶段<年代vg height="9.875" id="M77" style="vertical-align:-2.29482pt;width:7.9124999px;" version="1.1" viewbox="0 0 7.9124999 9.875" width="7.9124999" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
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| : | 运动粘度的液相,公斤/ m |
| : | 分散普朗特数 |
| : | 相的密度<年代vg height="9.875" id="M82" style="vertical-align:-2.29482pt;width:7.9124999px;" version="1.1" viewbox="0 0 7.9124999 9.875" width="7.9124999" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg">
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| : | 流体相 |
| : | 流体和固体之间的交流阶段 |
| : | 相数 |
| : | 固相 |
| : | 动荡的。 |
确认
作者欣然承认提供的宝贵帮助Prem安德拉德和Mohan Srinivasa (ANSYS,浦那)在CFD模拟指导。
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