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《流體中氣泡微細化與分散過程的數(shù)值模擬》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第9卷增刊1過程工程學報Vol.9Suppl.No.12009年6月TheChineseJournalofProcessEngineeringJune2009流體中氣泡微細化與分散過程的數(shù)值模擬劉燕，張廷安，杜靖堯，王淑嬋，豆志河，蔣孝麗，赫冀成(東北大學材料與冶金學院，遼寧沈陽110004)摘要：采用CFD商用軟件模擬了攪拌加噴吹情況下溶池中流場和相的分布.對比分析了水模型內(nèi)單相流和兩相流時液面和軸向跡線圖、矢量圖和相分布圖，重點考察了中心攪拌和偏向攪拌對漩渦和相分布的影響規(guī)律.模擬結果表明，中心攪拌模式下在攪拌槳軸附近形成很大的漩渦，偏心時雖然也有漩渦形成，但偏離軸心.兩相流偏心攪拌模式
2、下由于漩渦較小且偏離軸心，有利于氣體的分散；偏心攪拌與中心攪拌相比可以抑制漩渦在幾何中心的形成，有利于氣體的分散和氣泡的細化，同時偏心攪拌也可以有效地抑制水模底部的死區(qū).研究結果對噴氣機械攪拌裝置的設計具有參考價值.關鍵詞：CFD；數(shù)值模擬；攪拌槽；水模型中圖分類號：TQ028.1+7文獻標識碼：A文章編號：1009?606X(2009)S1?0400?051前言第一項為擴散項，第二項為源項.上式對應于質(zhì)量、動量、能量、湍動能和耗散率的守恒方程時，分別為l，在高溫熔體噴氣精煉過程中，氣泡微細化對提高精μj，T，k和ε.其中ρ為流體的密度，Γφ為參量主體φ的煉效率具有重要的作用和意義.但由于高
3、溫和耐火材料湍流交換系數(shù)，是連接動量方程和湍流方程的紐帶的原因，在高溫熔體噴氣精煉過程不得不采用結構簡單Γφ=μ+μt/σφ，σφ中為參量φ的Prandt1數(shù)，Sφ為關于參量的攪拌槳.為了提高精煉效率，只能在簡單結構的攪拌φ的微分方程的源項，湍流模型為標準k?ε模型.槳的基礎上，通過改變攪拌方式和條件的辦法尋求氣泡2.2湍流模型[1?5]微細化和分散適宜條件.劉燕等基于相似原理，在水采用的湍流模型是標準k?ε模型.受到計算條件的模型實驗中著重考察攪拌模式、攪拌轉速、噴氣流量、限制，大量工程問題的模擬計算仍然依靠湍流模型來進噴吹方式、攪拌槳浸入深度、噴嘴浸入深度等可控因素行，最常用的是標準k?
4、ε模型，它是一個半經(jīng)驗模型.大系統(tǒng)地研究了氣液反應過程中氣泡微細化和氣泡分散量的計算結果及其與實驗結果的比較表明，標準k?ε模的影響因素及其相互作用規(guī)律，并提出“原位法機械攪型在計算邊界層流動、管內(nèi)流動、剪切流動及三維邊界[6]拌脫硫新方法”.層流動等方面都取得了相當成功.但在預測強漩流、浮本研究主要采用CFD商業(yè)軟件FLUENT和力流、重力分層流以及低雷諾數(shù)流動方面，和實驗結果MIXSIM，分別在單相流和兩相流情況下模擬了溶池中還存在差距.原因可能是模型本身的假設(如各向同性流場和相的分布，對比了中心攪拌和偏心攪拌對流場的湍流)和模型中的一些模型參數(shù)不合適引起的.文獻[7]影響.主要利用液
5、面運動的跡線圖體現(xiàn)漩渦的形成過指出，對計算結果影響最大的是模型參數(shù)C1和C2的取程，用自由液面和軸向界面的速度矢量圖觀察流場.兩值，C1或C2變化5%時，對射流噴射率的影響可達20%.相時通過將速度矢量圖用空氣速度染色可以觀察溶池[8]當湍流模型為標準k?ε模型時，模型參數(shù)如表1內(nèi)是否存在死區(qū)，利用相分布圖查看氣體的分布范圍.所示.2水模型實驗三維流場的數(shù)值模擬表1k?ε模型中常用的參數(shù)Table1Parametersink?εturbulentequation2.1控制方程CνC1C2σkσf0.091.441.921.01.3采用常規(guī)的柱坐標下雷諾連續(xù)性方程、動量方程及湍流能量方程.用φ
6、表示因變量，通用表達式如下.2.3水模型結構及計算區(qū)域計算所采用的水模型結構如圖1所示.溶池為圓柱?/?t(ρφ)+?/?xt(ρutφ)=?/?t(Γφ?φ/?xt)+Sφ,(1)形，攪拌槳為葉直槳，槳葉上寬下窄倒梯形結構.計算式中左邊的第一項為時間項，第二項為對流項，右邊的區(qū)域選擇整個水模型區(qū)域.收稿日期：2008?10?18，修回日期：2009?03?23基金項目：國家973計劃資助項目(編號：2007CB613504)；遼寧省青年人才基金資助項目(編號：2005221012)；教育部高校博士點專項基金資助項目(編號：20050145029)作者簡介：劉燕(1970?)，女，湖南省湘鄉(xiāng)
7、縣人，博士，副教授，主要研究方向為電磁冶金；張廷安，通訊聯(lián)系人，zta2000@163.net.增刊1劉燕等：流體中氣泡微細化與分散過程的數(shù)值模擬401圖1水模型示意圖(中心攪拌)Fig.1Schematicrepresentationofwatermodel(centricstirring)2.4攪拌槳的模擬及邊界條件2.5網(wǎng)格劃分與數(shù)值模擬環(huán)境[9]2.4.1多重參考系法采用FLUENT的前處理軟件Gam
