基于Fluent的锥形底泥浆储罐内腔流场数值模拟.pdf

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1、634化工机械2013年基于Fluent的锥形底泥浆储罐内腔流场数值模拟石亚超+高健王鲁斐焦静(江苏省安全生产科学研究院)摘要运用计算流体力学(CFD)软件Fluent，采用多重参考系法(MRF)，时某锥形底泥浆储罐的内腔流场进行了三雏数值模拟，分析了在正常工况下的搅拌功率、速度场和浓度场的分布情况。结果表明，介质为高粘度非牛顿固液两相流时，现有罐底搅拌桨桨端附近区域有一定径向漉，罐内无明显轴向流动，混合效果不好。较低的搅拌转速，使得固相介质迅速沉降，易造成出口堵塞。越接近罐底。物料颗粒间的剪切

2、应力越大，使搅拌过程更加困难。数值模拟可以详细的描述流场分布情况，并为泥浆储罐的进一步改造提供参考。关键词泥浆储罐搅拌数值模拟流场分析中图分类号TQ027．2文献标识码A文章编号0254-6094(2013)05-0634-05符号说明五——第二相粒子的加速度，m／s2；d——罐体直径，m；dD-第二相颗粒的直径，m；F——体积力，N；六。r曳力，N；胁——Hed8trom准数；，——克服惯性力所需的功，J；K-一功率常数；td——有效热传导率，W／(m·K)；JIf——搅拌桨所受的总力矩，N·

3、m；J

4、If．——由搅拌桨压力梯度产生的力矩，N·m；．】If：——由切应力产生的力矩，N·m；Ⅳ。——功率准数；n——搅拌桨转速，rad／s；P——搅拌功率，kW；P一——额定功率，kW；s。——所有的体积热源，J；；。——第二相k的飘移速度，m／s；；。。——第二相相对于主相的速度，m／s；；广质量平均速度，nl／s；of。——第k相的体积分数；田——搅拌效率；p。——混合粘性，Pa·s；p——物料密度，ks／m3；p。——混合密度，kg／m’；丁。，——粒子的弛豫时间，s；f。，——平均剪

5、切应力，Pa；oJ——搅拌桨角速度，rad／s。带搅拌泥浆储罐是石油化工行业中重要的基础设施⋯，其主要作用是用于存储大量的工业污水或污泥，并使污泥搅拌均匀，以达到顺利排放的目的。然而在实际生产运行过程中，经常出现储罐底部出口排污不畅而导致停车的问题。因此，分析泥储罐的罐内流场，对于改进储罐结构和搅拌方式，克服其运行缺陷来说具有重要意义。随着计算流体动力学(CFD)技术在搅拌领域的广泛应用旧’31，目前已证明CFD数值模拟方法可用于预测搅拌流场的分布、混合效果与传质和传热情况，且与实验结果吻合较好

6、H“J。因此，运用CFD技术可从宏观和微观上评价搅拌效果的好坏，而其数值模拟的结果可以作为搅拌设备的优化设计和工业放大的重要参考。·石亚超，男，1982年8月生。工程师。江苏省南京市，210042。第40卷第5期化工机械635笔者运用计算流体力学软件Fluent6．0¨”1，模拟了某石化公司化肥油改煤工程中煤气化部分的泥浆储罐的内腔流场分布情况，研究了其流场的搅拌功率、速度和浓度分布情况，以期正确评价在复杂工况下固液两相混合物的流动特征，对后续泥浆储罐的改造工程有所指导。1物理模型建立和计算方法

7、本课题中泥浆储罐的来液主要为来自废水气提塔的废水、来自炉渣脱水仓的废水、来自真空皮带过滤机的污水和装置的排污水，存贮介质的成分较为复杂。储罐的结构型式如图1所示。该泥浆储罐为锥形底，搅拌桨亦位于罐底，罐体直径8m，高14m，泥浆为固液两相混合物，设计固含量为2509／L，罐底搅拌桨的转速为0．25r／min，驱动电机的额定功率为2．2kW；罐体上端为标准椭圆形封头，中间为圆柱形筒体，下端为锥形封头，桨叶为呈1200角的二叶式搅拌桨，在每个搅拌桨上分别焊接4块刮板。搅拌桨实体模型如图2所示，泥浆储

8、罐的结构和物料的主要特性参数如下：外形参数qb8m×14m搅拌转速0．25r／min物料密度l355kg／m’物料粒度D如56．945Ixm物料粘度1．OPa·s04l8训旷JjIj08仃市i0ki囫固它霉斟憾闰睽＼j心够∥=划划l(岁68000；蕈正常液位兰l-_l：／／芒孓oC--．．，7／。≮宏篓图1泥浆储罐结构示意图“0■——．．----_J图2搅拌桨实体模型罐内物料实为煤灰浆料，呈粘稠状。石油化工等许多工业领域生产过程中含有如石油制品、高含腊低温原油、水泥浆、高浓度煤浆以及下水污泥等流

9、动介质，这些流动介质属于非牛顿流体范畴中的一个分支，称为宾汉流体。因此，可以将罐内物料定义为宾汉流体。首先利用Fluent通用前处理软件Gambit建立泥浆储罐和搅拌桨的实体模型，然后利用Flu—ent流体力学计算软件，对泥浆储罐内的混合过程进行三维数值模拟。采用多重参考系法及标准k·占模型¨1，分析各工况条件下搅拌功率、速度场和浓度场的分布情况。采用多重参考系法解决了静止部件和转动的搅拌桨之间相对运动的问题。泥浆储罐内腔由液面、釜壁、搅拌桨和搅拌轴组成，将整个计算区域一分为二。下部计算区域包含