槳葉直徑和速度對槳式攪拌機流場的影響

槳葉直徑和速度對槳式攪拌機流場的影響

0生長曲線的模擬該混音器是用于將液體和氣體介質(zhì)強行旋轉(zhuǎn)并均勻混合的裝置。它是一個用槳葉旋轉(zhuǎn)來混合液體的設備。不同的東西被混合在一起?；煲羝鞣浅V泛，在不同的領域應用。攪拌是工業(yè)過程的基礎環(huán)節(jié)，提高攪拌效率非常重要。高效混合液體是混音器的最終目的。rim技術是對流量動力學（cpd）的初步估計、內(nèi)部流動預測、數(shù)值測試和流量診斷的結(jié)果。fluent軟件是目前世界著名的商業(yè)cfd包態(tài)圖之一。這是一個專門的軟件，可以模擬和分析復雜幾何區(qū)域內(nèi)的液體流。數(shù)值模擬是為了提高設計理念和設計方案中最經(jīng)濟的方法。這個。本文采用CFD技術用FLUENT軟件來模擬在不同槳葉直徑、轉(zhuǎn)速和槳葉數(shù)的情況下,得出攪拌器內(nèi)流場分布圖像,故而可以直接觀看到它的內(nèi)部流動情況,以期為攪拌器的優(yōu)化設計工作提供參考.1流動用上界方程在定常條件下,攪拌流場的不可壓縮流動可用以下方程組描述(1)連續(xù)性方程:(2)動量方程:(3)湍動能方程:(4)湍動能耗散率方程:2槳葉直徑、轉(zhuǎn)速對器口流速的影響本文研究的是槳葉直徑、槳葉轉(zhuǎn)速、槳葉數(shù)對攪拌器攪拌性能的影響.采用槳葉直徑分別為400mm(長H=190mm,寬L=20mm)、500mm(長H=240mm,寬L=20mm)、600mm(長H=290mm,寬L=20mm)以研究槳葉直徑對攪拌器的影響.采用槳葉轉(zhuǎn)速分別為2rad/s、4rad/s、6rad/s以研究槳葉轉(zhuǎn)速對攪拌器的影響.采用四葉槳式攪拌器、六葉槳式攪拌器、八葉槳式攪拌器,漿片都是直列式,以研究槳葉數(shù)對攪拌器的影響.攪拌桶的半徑R=40cm,坐標系原點位于攪拌葉輪中心,基于旋轉(zhuǎn)的速度和工質(zhì)水,可以確定攪拌器內(nèi)部流動為湍流.以四葉槳式攪拌器為例,如圖1所示.2.1內(nèi)圓、槳葉-pa智能劃分攪拌器二維模型使用Gambit建立,外圓和內(nèi)圓組成區(qū)域1,內(nèi)圓和槳葉組成區(qū)域2.以Map劃分方式劃分區(qū)域1,以Pave平鋪方式劃分區(qū)域2.網(wǎng)格圖如圖2~4所示.2.2指定表面環(huán)面的設置調(diào)節(jié)條件:將攪拌桶的外壁和攪拌器槳葉的邊定義為WALL,環(huán)形面和內(nèi)部的面交界處是兩條重合的邊,設置它們?yōu)镮NTERFACE邊界條件,名稱分別叫做“interface_1”和“interface_2”.由于使用的是MRF模型,還需要定義區(qū)域,即對不同的子域進行命名.指定外面環(huán)面的類型為FLUID,名稱為“stationary”;指定內(nèi)部的面類型為FLUID,名稱為“swirl”.2.3湍流模型的建立FLUENT軟件選擇單精度二維求解器;設置計算區(qū)域尺寸和單位制尺寸中的網(wǎng)格尺寸按厘米進行生成;使用壓力基求解器;湍流模型選擇k-epsilon雙方程模型;定義流體的物理性質(zhì)中,在FLUENTDatabase中調(diào)出水的物理參數(shù);求解控制參數(shù)的設置中,差分格式采用一階迎風方式,壓力-速度耦合求解方式中選擇SIMPLE算法.3結(jié)果和分析3.1槳葉直徑對速度分布的影響以四葉槳式攪拌器為例,2rad/s的槳葉轉(zhuǎn)速,分別模擬槳葉直徑為400mm、500mm、600mm的槳葉,速度矢量圖如圖5~7所示.結(jié)果分析:從圖5~7的速度矢量圖中可以看到,隨著槳葉直徑的增大,使整個攪拌設備內(nèi)的流場分布更均勻,流體混合更充分,攪拌器內(nèi)速度分布變好,速度在各個區(qū)域內(nèi)都很同步,但槳葉直徑的增大,使得材料用量增加,制造費用提高,安裝麻煩,還會增加其本身的受力,使其使用壽命降低.3.2轉(zhuǎn)速對rad/s模式分析結(jié)果的影響以四葉槳式攪拌器為例,槳葉直徑為400mm,分別對槳葉轉(zhuǎn)速為2rad/s、4rad/s、6rad/s進行數(shù)值模擬,速度矢量圖如圖8~10所示.結(jié)果分析:從圖8~10的速度矢量圖中可以看出,隨著轉(zhuǎn)速的提高,攪拌器內(nèi)流場分布更加均勻,攪拌效果明顯增強,但是轉(zhuǎn)速的提高會加大攪拌軸的受力,電機功率也會增大,能耗增加,從而可能導致攪拌器和攪拌軸的結(jié)構尺寸需要重新設計.3.3槳葉數(shù)對攪拌效果的影響本文以槳葉尺寸直徑為400mm轉(zhuǎn)速為2rad/s為例,分別對四葉槳式攪拌器、六葉槳式攪拌器、八葉槳式攪拌器進行數(shù)值模擬,速度矢量圖如圖11~13所示.結(jié)果分析:從圖11~13的速度矢量圖可以看出,隨著槳葉數(shù)的增加,攪拌器內(nèi)的攪拌效果得到增強,流場分布比較均勻,但效果不是很明顯.同時增加槳葉數(shù)會帶來一些負面效果,它會增加材料用量從而使得成本增加;也會使得材料應力增大,減少使用壽命,因此對于增加槳葉數(shù)的方法來提高攪拌效果應該綜合各方面考慮,選擇合適的槳葉數(shù).4槳葉和槳葉數(shù)對加工的影響攪拌器槳葉直徑、槳葉轉(zhuǎn)速和槳葉數(shù)的增加有利于攪拌的混合均勻,但是槳葉直徑和槳葉數(shù)的增加