新型機(jī)械攪拌槽中多相流動的物理與數(shù)值模擬

《新型機(jī)械攪拌槽中多相流動的物理與數(shù)值模擬》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、萬方數(shù)據(jù)分類號UDC密級學(xué)位論文新型機(jī)械攪拌槽中多相流動的物理與數(shù)值模擬作者姓名：趙洪亮指導(dǎo)教師：顧松青教授、張廷安教授東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院申請學(xué)位級別：博士學(xué)科類別：工學(xué)學(xué)科專業(yè)名稱：有色金屬冶金論文提交日期：2014年3月論文答辯日期：2014年4月習(xí)日學(xué)位授予日期：答辯委員會主席：關(guān)免L鼓評閱人：東北大學(xué)2014年4月萬方數(shù)據(jù)PhysicalandNumericalSimulationsofMultiphaseFlowinaNewTypeofMechani．calstirredTank＼愀㈣byHongliangZhaoSupervisor：Prof．Song

2、qingGuandProf．Ting’anZhangNortheasternUniversityApril2014萬方數(shù)據(jù)獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：／趣鈔％于‘阻p匕人I卜侶亞佃：／緲刀穸丫，t／日期：列乒．如船學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保

3、留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索、交流。作者和導(dǎo)師同意網(wǎng)上交流的時間為作者獲得學(xué)位后：半年口一年口一年半口兩年口學(xué)位論文作者簽名：趙糾沈簽字日期：列9、矽．2∥導(dǎo)師簽名：簽字日期：萬方數(shù)據(jù)東北大學(xué)博士學(xué)位論文摘要新型機(jī)械攪拌槽中多相流動的物理與數(shù)值模擬摘要鋁酸鈉溶液的晶種分解是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的關(guān)鍵工序之一，它不僅影響產(chǎn)品氧化鋁的數(shù)量和質(zhì)量，而且直接影響循環(huán)效率及其他工序。深入了解種分槽內(nèi)液固多相體系的流體流動狀態(tài)、液固混合、顆粒懸浮規(guī)律以及能耗情況等，對改進(jìn)種分

4、槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)、解決槽底沉積問題、提高氧化鋁產(chǎn)量與質(zhì)量，以及促進(jìn)氧化鋁工業(yè)技術(shù)進(jìn)步都具有重要的理論和實(shí)際意義。工業(yè)上一種新型改進(jìn)Intermig攪拌槳被廣泛應(yīng)用于南徑14米、高30米大型平底機(jī)械攪拌品種分解槽中。本文以改進(jìn)Intermig槳種分槽為原型，通過水模型實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬和因次分析方法對高固含液．固攪拌體系展開了深入系統(tǒng)的研究，并在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上尋求了設(shè)備性能的放大規(guī)律，對現(xiàn)有工藝中存在的不足做了優(yōu)化，改進(jìn)后分解槽的攪拌性能大大提升。通過對高固含液．固攪拌槽的水模型實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，較低的槳葉離底距離(C／T=O．024)有利于促進(jìn)顆粒的懸浮與均勻分析j，槳葉離底距離過大

5、，無法形成大范圍的二次環(huán)流，使混合效果下降，同時槳葉離底距離對攪拌功率影響較?。恍滦透倪M(jìn)Intermig槳適合在較大的D／T下應(yīng)用，槳徑增加的同時，町以大大降低使顆粒均勻分布所需要的攪拌轉(zhuǎn)速，抵消了因擴(kuò)大槳徑增加的功耗，更適合應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，本研究中得到最佳D／T比為0．715；對模型進(jìn)行三級放大后，相同條件下顆粒的懸浮與分布均得到較大改善。并且得到顆粒的均勻度主要與弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)有關(guān)，新型改進(jìn)Intremig槳具有較小的功率準(zhǔn)數(shù)，介于0．3～0．4之問；對于雙層槳攪拌體系下，最佳的槳葉層間距應(yīng)介于L／D=I～1．5，這樣既可以保證整個槽內(nèi)都得到充分的混合，又叮以避免槳葉

6、之問距離過大，導(dǎo)致二次循環(huán)流脫節(jié)。在相同條件下，底層改進(jìn)槳功率消耗約為上層原始槳的1．4倍。采用歐拉多相流模型耦合標(biāo)準(zhǔn)肛￡湍流模型，非穩(wěn)態(tài)滑移網(wǎng)格方法對液．固攪拌槽內(nèi)液固混合、顆粒懸浮以及能耗等進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。確定了滿足時間和空間獨(dú)立性的網(wǎng)格條件與時間步長；對不同槳葉離底距離、槳徑和攪拌轉(zhuǎn)速下的攪拌效果作了數(shù)值模擬，通過與同條件下實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，二者吻合較好，驗(yàn)證了模擬方法的可靠性；增大液相粘度和固含有利于促進(jìn)流體的軸向混合，但功耗也會隨之增加，且固含過大會導(dǎo)致槽底顆粒沉積；與標(biāo)準(zhǔn)Intermig槳相比，改進(jìn)Intermig槳在促進(jìn)固體均勻混合、懸浮的同時功耗節(jié)

7、省了20％；主槳葉葉片對功率消耗影響相對較小，最佳葉片傾斜角度為45度，輔槳葉葉片對功率影響較大，最佳葉片傾斜角度為30度。萬方數(shù)據(jù)東北大學(xué)博士學(xué)位論文摘要通過對底部均勻度的因次分析發(fā)現(xiàn)底部均勻度主要受弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)影響，且放大前后槽底部均勻度滿足Q=0．57Fr-0’34，計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差在5％以內(nèi)；通過對功率的因次分析發(fā)現(xiàn)功率準(zhǔn)數(shù)主要受攪拌雷諾數(shù)影響，且放大前后攪拌功率滿足P=505n2’81D462，計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差在8％以內(nèi)；通過對臨界懸浮轉(zhuǎn)速的計算發(fā)現(xiàn)放大前后攪拌槳臨界懸浮轉(zhuǎn)速與縮放系數(shù)關(guān)系遵循N加=N舯，7m868，根據(jù)此公式計算