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不锈钢搅拌设备如何进行CFD模拟?

发布时间:2018-01-30 16:12:18  浏览次数:

LDV仅仅提供了一些重要参数如排量准数、时均速度和脉动速度的分布等,而不能从本质上认识混合与流动,无法改变日前这种依靠经验来放大的现状。因此采用计算流体力学的方法,来模拟和预测不同几何尺寸和操作条件的搅拌设备中详细的流动和混合特性,是流体混合技术的发展趋势。
搅拌设备内流动数值模拟目前应用最广泛的是对搅拌器采用黑箱模型进行稳态分析,即由实验测得搅拌器周围虚构表面的速度场作为边界条件或将桨叶对流体的作用看作流体动量的产生源。从数值计算来看,黑箱模型具有简捷、方便等特点,能较准确地预报搅拌器在不同条件下的运动特性,但该方法需要实验数据作为桨叶边界条件,因此不能用于多相流体系的模拟。
CFD最重要的应用(也是CFD技术的最主要优点)是对流场的分析,可以明确在不同搅拌器的型式、尺寸、离底距离等条件下,流场对混合、悬浮和分散等过程的影响,即CFD流动、能量耗散等的计算可视化。从而使用户可以直观地了解釜内的混合情况,帮助用户确定已存在系统中的问题,指导用户进行搅拌器的优化设计,消除死区,确定加料口位置等。目前国外的专业混合设备公司己经利用CFD技术优化搅拌器的几何尺寸,开发了第二代高效轴向流搅拌器。
CFD的另一个主要优点就是模型的设备大小无关性,一旦它们被验证可以合理准确地描述搅拌反应器过程,就被用于放大,以预计放大后的棍合和反应性能。

搅拌设备

随着CFD技术的发展,可压缩性流体和一些简单的非弹性粘性流体在商业软件中已经可以模拟。目前多相流(尤其是气-液体系)混合的CFD模拟也得到了长足发展,但与实际应用仍有相当距离。
电子过程断层成像技术 电子过程断层成像技术EPT是一种多相流体系的非接触式的实时检测和可视化技术,可以测量不透明介质的流场。
EPT的工作原理与医学测试仪器中的CT相差不多。在被测搅拌釜或管道外壁等距离贴附一组8到16只传感器一周,此传感器为长方形不锈钢电极片,既是发射器又是接收器。釜或管道内要有两种具有不同电性能(电导率、电容率等)的物料(不同电导率的液体、气体和固体、液体和固体),然后在有规律的电脉冲作用下,所有可能的相邻传感器组合的电压通过数据采集单元传送回计算机。计算机将记录所有电极的信号和先后次序,并采用图像重建技术还原出釜或管道横截面的图像,每秒可获得高达100帧图像。如果采用多组传感器对不同高度进行断层成像,则可在图像重建技术的辅助下,建立釜或管道的三维图像和实体造型。
EPT系统无辐射危险、价格便宜、易于制造,响应速度比CT快且可以满足工业实时过程要求。但图像解析度比CT要低。
由于EPT可以准确地测量出搅拌反应器中的流动区域、速度场、气体和固体组分浓度分布,而这些数据可用于从空间和时间两方面验证多相体系的混合模型和CFD模型,因而EPT技术可直接用于优化搅拌器的设计和操作,随着电子技术、图像重建算法和计算机硬件的发展,EPT还将被用于过程的在线监测和控制。
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