摘 要

搅拌容器用来进行一些化学的反应和其它的物态变化，它经常会出现在像化学工业、医药、食品、造纸行业等这些工业生产中。如今对搅拌容器内流体运动的要求越来越高以满足现代化工业的不断发展和各种生产需求的不断提高。到现在为止，为了了解搅拌容器里面流场，一些科学家和其他研讨人员都进行过一些十分具有价值的研究。显而易见的是，若要优化搅拌器掌握住搅拌容器里流体的流动状态和开发新型桨叶，该实验的研究有着十分重要的意义。

关于搅拌槽里面流体流动特性的模拟研究，我们主要应用了Gambit和FLUENT模拟软件通过建模，划分网格和模拟计算做出了简单的研究以及分析。同时也对在搅拌领域中应用新型桨叶二折叶框式组合桨这一内容中做出了简单的研究。

为了了解搅拌效果的影响因素，采用了软件模拟实验，结论如下：

1. 通过对搅拌桨中二叶斜桨直径的模拟研究发现，在一定变化程度范围内，随着的二叶斜桨桨径的增加，搅拌效果也随之增加；
2. 通过对离底高度的模拟研究发现，随着组合桨离底高度的增加，组合桨桨叶上速度矢量分布变化更大，底部产生的漩涡更加明显。
3. 除了桨直径和离底高度之外，其他的一些因素，如桨叶结构和个数，液面所在位置和搅拌介质物性等都会对实验结果造成一定的影响。

关键词 搅拌效果 二折叶框式组合桨 CFD 实验 数值模拟

ABSTRAET

Mixing equipment are many chemical reaction or physical change, one of the most important places in many modern industrial production, such as chemical, pharmaceutical, food, mining, paper making and so on has the extremely widespread application, with the continuous development of industry, and constantly improve the demand in modern production, the flow in a stirred tank with the requirements of more and more is also high. For a long time, many scholars and researchers both at home and abroad on the flow field of the stirred tank have done in-depth research, in the process of research, a growing number of scholars believe that can accurately recognize the agitation tank inside the flow state of the optimization of mixer, and the development of new blade has very important significance.

Based on the flow field within the mixing tank research on this piece of content, the main application of CFD simulation software mixing flow field of the groove conditions, simulation calculation method has made the simple research and analysis, and just twenty percent leaf frame combination OARS made a simple application in the field of mixing.

In the study on the stirring effect, the following conclusions are drawn through experimental simulation:

(1) through the simulation study on the diameter of the agitator, it is found that, within a certain range, the mixing effect increases with the increase of the diameter of the two-blade inclined paddle. ,

(2) through the simulation study of the off-bottom height, it is found that with the increase of the off-bottom height of the combined OARS, the velocity vector distribution on the combined OARS blade changes more, and the vortex at the bottom is more obvious.

(3) in addition to the above two factors, factors such as blade Angle, number of blades, liquid depth and material physical parameters will all influence the stirring effect to some extent.

KEYWORDS: Effect of stirring Two-fold leaf frame type combination propeller CFD Experiment Numerical Simulation

目录

摘 要 I

ABSTRAET II

第一章 绪论 1

1.1 搅拌器概述 1

1.2 搅拌釜流场的形态及特点 2

1.2.1 径向流 2

1.2.2 轴向流 3

1.2.3 切向流 3

1.3 CFD技术在搅拌槽内的应用 4

1.3.1 CFD模拟技术介绍 4

1.3.2 FLUENT软件介绍 4

1.3.3 计算流体力学的基本方程^[4] 5

1.4 二折叶框式组合桨研究进展 6

1.5 研究目的与意义 7

1.6 本章小结 7

第二章 搅拌槽CFD模拟方法 8

2.1 K-e湍流模型 9

2.1.1 标准k-e模型 9

2.1.2 RNG k-e模型 9

2.1.3 带旋流修正的k-e模型（2equ） 9

2.2 搅拌桨运动模型 10

2.2.1 多重参考系(MRF)法 10

2.2.2 滑移网格(SM)法 11

2.3 本章小结 12

第三章 搅拌槽的模拟过程 13

3.1 研究对象几何模型及网格划分 13

3.1.1 几何数值模型 13

3.1.2 网格划分方法 14

3.2 边界条件/模拟策略 15

3.3 本章小结 16

第四章 流动特性分析 17

4.1 桨径对搅拌槽内流动特性的影响 17

4.2 离底高度对搅拌槽内流动特性的影响 18

4.3 本章小结 20

参考文献 21

致 谢 24

第一章 绪论

1.1 机械搅拌设备

搅拌器工作时旋转称为搅拌过程，它是一个传热过程，可以用来分离混合单相或者多相物质。机械搅拌的这一设备可以应用于很多领域，它的内部结构简单、设计起来也很方便、操作稳定、里面的混合物质相互接触面积较大、混合的结果十分理想 ^[1]。在医药和化工等这些领域里，我们经常会用到搅拌操作，它在很多的工艺流程里面都作为了主要设备，因此对很好认识搅拌设备也显得非常有用。现在是高科技的时代，各种科技，装备都在不断的进步，这样的趋势也要求我们实现自动智能化的机械搅拌设备这一技术。同时，顺应保护环境节约资源的号召，需要有一举两得的设计，即能实现最基本的工艺要求和能保证能耗量控制在一定范围内。这样的话，就应该更加深入的研究新型桨叶在搅拌过程的应用和搅拌过程流场的分析^[2]。如图1-1所示是机械搅拌设备的结构图。

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