应用CFD对D-T型双轴卧式搅拌装置功率特性和传热特性的模拟.pdfVIP

化 工 进 展 ·318· CHEMICALANDENGINEERINGPROGRESS INDUSTRY 2009年第28卷增刊 应用CFD对D．T型双轴卧式搅拌装置功率特性 和传热特性的模拟 冯惠生，刘荣，杨腾 (天津大学化工学院，天津300072) 摘要：针对自主开发的适用于高黏度、高凝固点、强热敏性物料的一种新型带搅拌结构的卧式双轴再沸器的搅 拌功率特性和传热及温度分布特性进行了流体力学模拟研究。应用动网格技术计算分析了该卧式双轴搅拌装置的 功率特性和传热特性，得出结论：任意一轴的功率准数以及总的功率准数均近似满足％·尺F髟；当1．1Re20 且30000Pr130 000时，总的传热关联式为Nu=2．55Reo·61ero·31Viso_¨。 关键词：D．T型卧式搅拌设备；‘功率特性；传热特性；CFD 提高蒸馏收率，减少废渣排放是当前蒸馏过程 可以看出CFD已经广泛应用于搅拌过程的研 尤其是针对高黏度易结垢物料亟待解决的问题。开 究，但是对于卧式搅拌结构的功率特性和传热特性 发带搅拌结构的卧式再沸器是解决高黏度、高凝固 的研究还是很少。本文拟采用CFD的方法来预测一 点、强热敏性物系的分离纯化难题的苇要途径【卜31。 种带推进叶片的双T型(D．T型)卧式双轴搅拌装 高黏度流体的搅拌过程中需要很大的能耗，在搅拌 置的功率特性和传热特性，以指导装置的设计。 设备的设计和放大中，搅拌功率是很重要的参数， 1 模型建立 其直接影响着搅拌槽内流动状况和传质传热的强 度。传热特性是再沸器研究的重要方面，卧式双轴 1．1流体力学模型 搅拌结构使该类新型再沸器具有表面更新快和强化 搅拌设备的CFD分析是基于质量守恒、动量守 传热的特点。 恒和能量守恒3个基本传递方程进行的。这些方程 在2000年以前，研究者们【4-7】主要通过实验的可以由数学公式来描述，如欧拉方程，奈维一斯托克 方法对各种卧式搅拌装置的功率特性进行了研究， 斯方程等。 得到功率准数与雷诺数之间的关联式。随着计算流 质量守恒方程(又称连续性方程)： 体力学的发展，通过CFD方法来预测搅拌功率能够 坐+v-(m)：鼢 (2) 拂 获得良好的结果。Letellier等【8J应用CFD方法获得 动量守恒方程： 了多级搅拌桨结构在3种不同放大比例下的功率曲 线(功率准数．雷诺数)和Metzner数，并通过试验 进行了验证。Kelly等【9J建立了CFD模型准确预测 能量守恒方程： 不同结构的轴向流桨的功率准数。 一些学者针对各种立式搅拌釜的传热特性研 究，同样获得了很多成果【10-201。 (4) Mohan等【lUj通过试验对于搅拌反应釜的传热 1．2几何建模 特性进行了研究，得到搅拌桨上下部分的传热关联 首先根据装置的特点，通过SolidWorks构造基 式[式(1)】：