方槽内单颗粒存在时湍流场的大涡模拟

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固液两相搅拌操作是化工过程中应用较广泛的化工单元过程。单颗粒的悬浮机理对与固液两相体系相关的实际过程具有基础性的理论指导作用,例如颗粒的管道运输、河流沉积等过程。对单颗粒悬浮机理的研究,需要分析颗粒所在流场的信息。CFD,即Computations Fluid Dynamics,是计算流体动力学的简称。目前,广泛用于求解流动问题的CFD方法主要是雷诺平均方法和大涡模拟方法。其中,大涡模拟方法与传统的雷诺平均方法相比,对湍动能求解更加准确;此外,它能获得流场的脉动量随时间变化的信息。已有的使用大涡模拟方法求解搅拌槽内湍流场的研究中,缺少时间步长、网格数量和宏观不稳定现象对大涡时均值结果影响的研究。本文在直径为220mm的方型搅拌槽内,用直径75mm的三叶CBY轴流搅拌桨,水作搅拌介质,用CFX软件、大涡模拟方法模拟搅拌槽内湍流场。本文在考虑了宏观不稳定现象、时间步长、网格数量对大涡模拟结果的影响后有以下结论:首先,不考虑宏观不稳定现象对大涡模拟结果的影响时,会导致时均值结果的随机性。其次,时间步长和网格相互作用,共同影响大涡模拟结果。存在一个临界网格数,在这个网格数下用较大时间步长进行大涡模拟计算,可在较短计算时间内获得湍流场的准确结果。再次,转速较大改变时进行大涡模拟计算,需重新标定时间步长大小和网格数量的多少。最后,用大涡方法获得的搅拌桨离底距离35mm和55mm的湍流场结果表明:颗粒临界悬浮时,颗粒来流方向上的湍动能相同,而其速度不相同。
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