高粘度流体搅拌流场数值模拟开题报告

 2021-08-08 10:53:41

1. 研究目的与意义

高黏度流体的搅拌是工业上常用的单元操作,许多工业部门都会遇到高黏度流体的搅拌或混合操作,如橡胶、石油、塑料、涂料、油墨以及合成纤维、化妆品、制药、食品、造纸和水泥等行业。对于在搅拌槽内高黏度流体的混合搅拌,首先需了解搅拌槽内在不同搅拌桨形、不同叶轮转速、不同混合浓度等情况下它们各自的流体动态特性以及所对应的混合搅拌效果,由于搅拌槽内的搅动时流体流动的情况非常复杂,很难用实验测量,然而,对于搅拌设备的优化设计,则首先必须了解不同形状搅拌器中流体所呈现出不同的搅拌流动特性及状态。另外,对于高粘度流体,存在着搅拌器的自清洁能力的问题,顾名思义,高粘度流体具有很强的粘附性,很容易粘附在搅拌槽的内表面、叶桨和转动轴上,影响搅拌效率和质量。

近几年来发展起来的计算流体力学(CFD, Computational Fluid Dynamies)为解决这一问题提供了有效手段。计算流体力学(CFD)是对流体流动、传热、传质等工程现象进行数值模拟的总称,CFD技术应用在新产品开发、工程研究与优化设计中是本世纪的重要发展方向。它与工程技术的结合除了不仅可以节省大量的人力物力,提高实验效率, 理论的实验结果非常接近于真实状况外,而且还可以得到实验中无法得到的局部详细信息,,所以CFD在化工设计和优化中的作用越来越得到人们的重视。

本文将应用计算流体力学软件对高粘度料液的搅拌流场进行模拟和分析,考察流体粘度、不同桨形、不同叶轮转速对搅拌器效率和搅拌质量的影响,得出有益于生产的结论。

2. 国内外研究现状分析

近年来,国内外研究人员采用实验测量、理论分析和数值计算的方法,对搅拌槽内流场特性进行了广泛的研究,但高粘度流体在搅拌器中的流动情况非常复杂,很难用实验测量、理论分析研究。

目前搅拌反应器的设计和放大目前来说主要还是依靠半经验的方法,存在着设计周期长、偏差大、耗费高等问题,提高反应器设计放大的准确性成为搅拌反应器设计的一个重要问题。

cfd的应用对问题的解决提供了很大的帮助,目前江苏大学的朱荣生、李维斌等人采用cfd软件对搅拌器三维数值的模拟,成功的显示了流体运动状态的参数变化情况,总结了搅拌器搅拌流场的基本特征,另外还发现了局部漩涡的情况。

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:

(1)介绍搅拌流体流动的基本知识;高粘流体的特性;cfd(计算流体力学)、cfd应用于搅拌流体流动的研究进展。指出开展本研究工作的必要性和重要性。

(2)应用ansys fluent对高粘度流体搅拌数值模拟和数据分析,分别改变搅拌器类型,搅拌速度,料液粘度等参数,探讨这些参数对搅拌流场特性的影响,并总结出结论。。

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4. 研究创新点

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