在石油的储备过程中,为防止原油中重组分物质的沉积带来的有效成份的浪费及油罐的清洗等问题,通常都装有搅拌系统。旋转射流搅拌系统是目前应用于油泥搅拌的最安全、最有效的方法。国外对这种搅拌系统的研究已经取得较大进展,但国内在这方面的研究仍处于起步阶段,特别是对低压大流量高粘度流体射流的研究和喷嘴的优化设计鲜有报道,而喷嘴结构及内外流场的运动状态直接影响到旋转射流搅拌系统的搅拌效果。本文在课题组自行设计喷射搅拌器结构基础上,用CFD分析软件对油罐内射流搅拌的三维全流场进行数值模拟,预测不同条件下射流的射程、影响范围及搅拌效果,探索喷嘴结构、流体物性及入口条件等关键影响因素的影响规律及优化组合。论文主要研究内容包括:低压大流量喷嘴结构内外流场分析、单相流动的速度、压力及伴随流动分析、多相流动的混合效果及其影响因素,最后完成喷嘴的优化设计等。本文首先分析了实际物理问题,通过理论计算初步确定喷嘴结构,选择几种适于大流域流动混合的喷嘴结构,建立全三维几何模型,通过分块网格划分方法对不同的区域进行网格划分,获得了良好的数值分析网格模型。给出数值模拟时全方面的边界条件类型及设定,同时对数值迭代的收敛条件给出了其判断依据。采用单相流动计算一定罐容内的射流搅拌流场,考察射流搅拌下的内部流场变化;初步预测射流的影响范围;通过与水淹没射流的比较,分析原油的淹没射流的特性;对各个喷嘴在单相流的情况下,所产生的流场进行分析比较,完成喷嘴结构优化设计。其次对比较好的系列喷嘴改变操作参数(原油粘度和进口速度),分析操作参数对喷嘴的影响。然后采用mixture模型,计算轻油与重油的两相混合流场,分析混合程度,特别是在罐底的两相混合比率;通过计算分析多个喷嘴结构的混合流场进一步验证喷嘴的优化设计结果;比较不同油泥厚度情况下的混合均匀度;比较不同射流初始速度下的混合效率。本文的研究结果一方面是旋转射流搅拌系统设计过程中重要组成部分,为喷嘴的结构设计、油泥厚度及射流初始速度的选择提供了重要参考依据,具有工程实际应用价值;另一方面文中总结了高粘度流体大流量淹没射流的特性,进一步丰富了射流理论。