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搅拌设备在工业生产,特别是精细化工生产中有着广泛的应用。然而,搅拌设备放大规律至今仍缺乏统一的认识和理论体系,往往只能根据实验数据和经验、半经验关联式进行设计,不仅耗费大量人力物力,且设计周期相当长。随着计算机技术以及计算流体力学(CFD)的不断发展与日趋成熟,搅拌设备的CFD数值模拟技术研究已取得了长足的进步,CFD技术正逐渐成为搅拌设备开发的有力工具。
本文研究表明:对三桨叶搅拌釜模型,实测搅拌功率与数值模拟预测的功率值基本吻合,宏观上验证了CFD技术预测搅拌釜运转功率的可靠性,也间接证明了CFD技术预测搅拌釜内三维湍流场的可靠性;在此基础上,开发出30m3的磷酸氢钙配套用大型搅拌设备,并利用CFD技术对该设备进行了优化分析,工业化中取得了较理想的效果;另外,对三种传统的、具有代表性的放大方法,即单位体积功率Pv恒定法、叶端圆周速度nd恒定法以及搅拌转速,n恒定法,分别利用CFD技术进行了研究,结果表明:在传统的放大理论指导下设计出的一系列几何相似的搅拌器内,湍流场的无量纲速度分布不能达到严格的运动相似和动力相似,且随着放大倍数的增加,其不精确性也表现的愈为明显;若以完全混合时间相同为标准进行放大,对于不同体积、几何相似的搅拌器,转速并不相同,由功率PV∝DX的关联式表示,在完全混合时间要求较短时,指数X的取值约为1.9,随着混合时间的加长,X值逐渐减小;总之,CFD放大方法建立在对湍流场进行准确数值模拟预测的基础之上,与传统放大方法相比,以CFD技术进行放大更为准确、可靠,且具有更强的实用性。