各向异性k-ε湍流模型在Rushton桨搅拌槽三维流场整体数值模拟中的应用

根据搅拌槽内的流动呈各向异性的特点,引入适用于强旋转流场的各向异性k-ε湍流模型,用改进的内外迭代法对有挡板的Rushton桨搅拌槽进行了整体数值模拟.利用文献中对搅拌槽内流场测定结果,给出了适用于Rushton 桨搅拌槽的各向异性湍流黏度系数值.模拟计算得到了搅拌槽内的流场分布和脉动速度分布,并同标准k-e湍流模型计算结果及文献数据进行比较.结果表明,各向异性k-ε湍流模型能成功反映Reynolds应力、湍流动能等湍流特征量,明显优于标准k-ε湍流模型.     

无挡板涡轮桨搅拌槽内湍流流动的分离涡模拟

采用分离涡模型对无挡板涡轮桨搅拌槽内的湍流流动进行了研究,重点分析了流场结构和速度分布,以检验该模型模拟搅拌槽内流体流动的有效性和正确性. 为了加快收敛,先采用标准k-e模型进行稳态流场计算,并以此结果为初始值进行分离涡模拟. 与现有文献大涡模拟及实验结果对比表明,分离涡模型能捕捉槽内流体的瞬时流动特征,获得的时均速度分布与大涡模拟及实验结果吻合较好,其中对切向速度分布的预测误差不超过7%,对径向速度分布的预测精度则低一些,局部误差接近12%. 分离涡模型适用于无挡板涡轮桨搅拌槽内湍流流动的模拟,能获得与大涡模拟相近的结果,且计算量更小(约为大涡模拟的1/3).     

轴流桨搅拌槽三维流场数值模拟

利用k -ε湍流模型预测了搅拌槽在不同操作条件下宏观速度场 ,模型成功预测了搅拌槽内速度分布 ,计算结果与实验结果吻合较好 .模型预测结果表明 ,搅拌槽内宏观流动场受搅拌桨槽径比影响较大 .对单层搅拌桨 -槽体系 ,挡板前后宏观流动场差别很大 ,在挡板以前区域 ,轴向流动较强 ,在整个r -z断面上形成一个整体循环 ;而在挡板后面区域 ,流体在桨叶安装位置高度附近转向轴心流动 ,槽体上半部区域形成二次循环区域 ,且二次循环区域内流体以向下流动为主 .     

用改进的内外迭代法数值模拟Rushton涡轮搅拌槽流场

在有挡板的搅拌槽中，受搅拌桨驱动的液体在挡板的作用下会产生复杂的三维湍流流动.利用“快照”法思路和改进的内外迭代法及k–e湍流模型对Rushton涡轮有挡板的搅拌槽进行了整体数值模拟. 同文献中的实验数据进行了比较，模拟值同实验值基本吻合. 改进后的内外迭代法不依赖经验公式和实验数据，有一定的通用性.     

疏水Rushton搅拌桨的减阻性能

为了减小搅拌阻力与功耗,本研究提出了疏水叶片搅拌桨的设想。首先采用数值模拟的方法,对非疏水Rushton桨搅拌容器内的流场进行了模拟,通过与文献中实验结果的对比,验证了数值模型和模拟方法的可靠性。随后研究了湍流状态下疏水Rushton搅拌桨的流体动力学性能,分析了不同疏水状态下的流场结构、剪应力和压力分布以及减阻效果和搅拌功耗,并与非疏水桨进行了对比。结果表明,疏水处理后Rushton桨搅拌容器内的流场没有明显变化,但流体的轴向泵送能力有所增强,高速度区域略有扩大,超疏水时效果更明显。疏水处理可降低Rushton桨的剪应力和桨叶前后表面间的压差,具有减阻效果,超疏水时减阻幅度高达39.56%。另外,疏水Rushton桨的搅拌功耗有所降低,与非疏水桨相比,超疏水桨的功率准数降低了8.53%,具有显著的节能效应。     

疏水缔合聚丙烯酰胺溶解槽内流固混合特性的数值模拟

利用FLUENT软件对在聚酯生产中应用的双层搅拌桨搅拌槽内疏水缔合聚丙烯酰胺AP-P4溶解过程的流场进行数值模拟分析,采用标准k-ε模型和多重参考系法(MRF)。分析了AP-P4溶解过程中刚加入聚合物颗粒时在搅拌槽内的混合情况。得到了搅拌槽内流场状况和固体颗粒的体积分数分布。并对流场的分布规律、固体颗粒体积分数分布特点加以分析,由模拟结果计算出搅拌轴的功率,为搅拌槽的设计和实际应用提供有益的结论。     

轴流桨搅拌槽内完全湍流的研究

为研究轴流桨搅拌槽内完全湍流状况,采用相位多普勒粒子分析仪(PDPA)对MK和ZHX搅拌器进行流场测试,得到不同工况下的时均速度场分布.应用渐近不变性方法,选取适当的特征尺度,给出挡板处壁面射流的轴向速度相似剖面,确定用于评定槽内完全湍流界限的轴向速度分布曲线,建立了搅拌雷诺数与搅拌槽内完全湍流流动达到的高度之间的线性关系.结果表明,非全槽完全湍流状态下,槽上部会出现过渡流区;随雷诺数的增大,搅拌槽内完全湍流流动达到的高度增大;不同型式搅拌器的完全湍流流场所需的雷诺数不同,单层桨搅拌槽内达到全槽完全湍流需要很大的搅拌功率.     

搅拌槽内液固固三相流数值模拟研究

采用Eulerian-Eulerian多流体模型和k-ε-A.多相湍流模型.模拟研究了带挡板的直径为0.154 m的标准Rushton搅拌槽内含两种不同粒径固体颗粒的液-固-固三相搅拌体系的流体动力学特性和相含率分布.模拟结果表明,不管是在r-z平面还是r-θ平面,两种不同粒径固体颗粒相的相含率分布都存在明显的差别,当搅拌转速由200 r/min提高到600 r/min时,相含率分布的差别逐渐减小.在同一搅拌转速下,两种固体颗粒相在搅拌桨以下的相含率分布差别明显大于搅拌桨以上的部分.对于每一种颗粒相,固体颗粒在搅拌槽底部都存在明显的堆积现象,提高转速能改善其分散性.     

两种不同挡板的双层桨搅拌槽三维流场数值模拟

采用CFD方法分别对三角形挡板和长方体空心挡板的双层斜直叶桨搅拌槽在水中产生的三维流场进行数值模拟,选取多重参考系法和标准k-ε湍流模型进行模拟,对两者的轴向平面速度场和时均速度分布进行了详细的对比分析,研究结果对搅拌槽的设计和实际应用具有重要的参考价值。     

涡轮桨搅拌槽内流动特性的大涡模拟

利用大涡模拟方法研究了涡轮桨搅拌槽内的流动特性,采用了三种亚格子模式:标准Smagorinsky-Lilly模式(SLM)、Smagorinsky-Lilly动力模式(DSLM)和亚格子动能动力模式(DKEM),并将模拟结果与标准k-ε模型及文献实验数据进行了详细的比较.结果表明:大涡模拟方法可获得搅拌槽内的瞬态流场;对桨叶区时均速度及湍流动能的预测与实验数据相吻合,比标准k-ε模型计算结果有明显改进,三种亚格子模型中DSLM和DKEM模拟结果更好.同时分析了大涡模拟中桨叶端部附近湍流动能估计偏差的原因,发现主要是由于对轴向湍流均方根速度的预测偏差造成的.大涡模拟方法为搅拌槽内非稳态、周期性的湍流流动和湍流特性的研究提供了强有力的工具.     

用各向异性代数应力模型数值模拟搅拌槽中的三维全流场

In accordance to the anisotropic feature of turbulent flow, an anisotropic algebraic stress model is adopted to predict the turbulent flow field and turbulent characteristics generated by a Rushton disc turbine with the improved inner-outer iterative procedure. The predicted turbulent flow is compared with experimental data and the simulation by the standard κ-ε turbulence model. The anisotropic algebraic stress model is found to give better prediction than the standard κ-ε turbulence model. The predicted turbulent flow field is in accordance to experimental data and the trend of the turbulence intensity can be effectively reflected in the simulation. The distribution of turbulent shear rate in the stirred tanks was simulated with the established numerical procedure.     

应用SSTk-ω湍流模型计算Rushton搅拌釜流场

应用SSTkω-湍流模型对Rushton搅拌釜流场进行了计算,并与文献报道实验数据以及标准k-ε模型、RNGkω-模型预测结果进行了比较。结果表明SSTkω-模型所计算的排除流量准数与实验值相差较小,桨叶区速度场与实验数据吻合较好,略优于标准k-ε模型,同时也给出了近壁区的计算结果。在湍动动能的预报上,SSTk-ω模型值与标准k-ε模型比较接近,优于RNGkε-模型,但与实验值都还不同程度地存在着一些差异。     

搅拌釜三维流场的雷诺应力模型数值模拟

引言 近年来,雷诺平均Navier-Stokes方程及其封闭方程组成的湍流模型在应用于搅拌釜复杂湍流现象的模拟上取得了成功,主要是采用标准k-ε[1]、RNG k-ε[2]等模型.     

湍流模型对钝体燃烧器流场模拟的影响

湍流燃烧过程涉及燃烧反应和湍流在微小时间和空间尺度上的耦合,因此湍流模型的有效性对燃烧器流场CFD模拟的准确性有重要影响。采用5种k-ε类和k-ω类两方程模型和雷诺应力模型模拟了钝体燃烧器内冷流流场,并采用PIV测量方法进行了实验验证。比较和分析数值模拟和PIV实验结果发现,不同湍流模型的模拟结果在诸如速度分布和涡结构上存在较大差别,标准k-ε模型和RNGk-ε的模拟流场最接近本文的实验结果。     

除油型水力旋流分离器压降研究

:采用各向异性k-ε模型,用有限差分法,以SIMPLE算法为基础对旋流器内流场进行了数值模拟。通过数值计算得到了在流量一定的情况下,随溢流比的增加,进料口与溢流口之间的压力降△Piu增大,进料口与底流出口之间的压力降△Pid几乎不变。△Piu与△Pid随进料流量的增大而增大,△Piu随溢流管孔径的减小而变大,△Pid几乎不变。通过算例与实验校验,得出各向异性k-ε模型能够模拟旋流器内湍流流场。     

三种湍流模型下搅拌釜内气含率特性的模拟

采用计算流体力学（CFD）方法,应用Euler-Euler双流体模型,桨叶采用多重参考系法（MFR）,与考虑气泡聚并与破碎对气泡尺寸影响的群体平衡模型（PBM）相结合,比较了标准k-ε、Realizable k-ε和RNG k-ε3种湍流模型对双层涡轮搅拌釜内气-液两相液相流场、局部气含率及气泡尺寸分布的影响。结果表明：3种湍流模型预测的液相流场流型相似,总体气含率预测值相差不大,均与实验值吻合较好。对于局部气含率,标准k-ε和RNG k-ε模型在桨叶区的预测值偏大,在接近自由液面处三者预测值均偏低,Realizable k-ε模型预测结果与实验值符合最好;对于气泡尺寸,3种湍流模型预测结果均与实验值较吻合,在靠近自由液面处预测值均偏小,气泡尺寸分布与湍流长度分布相吻合。     

用于Texaco气化炉同轴射流计算的不同湍流模型的比较

应用商业CFD软件Fluent，分别采用Spalart-Allmaras模型、标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型和RSM模型对气化炉同轴射流冷态实验台进行了数值模拟，并通过不同模型计算结果与实验结果的对比，讨论了各模型受网格质量、网格类型和边界条件的影响。通过对比发现，S-A模型和标准k-ε模型受网格质量影响最小，但准确性不高；RSM模型受网格影响较大；而RNG k-ε模型和R k-ε模型在网格划分合理的情况下，能够给出合理的结果。     

Unsteady RANS and detached eddy simulation of the multiphase flow in a co-current spray drying☆

A detached eddy simulation (DES) and a k-ε-based Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) calculation on the co-current spray drying chamber is presented. The DES used here is based on the Spalart–Al maras (SA) turbu-lence model, whereas the standard k-ε(SKE) was considered here for comparison purposes. Predictions of the mean axial velocity, temperature and humidity profile have been evaluated and compared with experimental measurements. The effects of the turbulence model on the predictions of the mean axial velocity, temperature and the humidity profile are most noticeable in the (highly anisotropic) spraying region. The findings suggest that DES provide a more accurate prediction (with error less than 5%) of the flow field in a spray drying chamber compared with RANS-based k-εmodels. The DES simulation also confirmed the presence of anisotropic turbulent flow in the spray dryer from the analysis of the velocity component fluctuations and turbulent structure as il us-trated by the Q-criterion.     

垃圾焚烧烟气喷雾干燥脱酸塔流场数值模拟

采用(RNG)k-ε湍流模型及颗粒轨道模型,运用计算流体力学软件Fluent对垃圾焚烧烟气喷雾干燥脱酸塔内流场进行数值模拟。结果表明,喷雾浆滴较大程度地影响了脱酸塔内的流场,局部区域内发生的强烈湍流流动,会促进塔内气液传质和化学反应过程。     

辐射废锅内气固两相流场的冷态测试与数值模拟

采用冷态实验测量和数值模拟相结合的方法,对辐射废锅内的冷态气固两相流场进行了研究。搭建了辐射废锅冷模装置,利用恒温热线风速仪和皮托管对辐射废锅内的气相冷态流场进行测量。利用马尔文激光粒度分析仪对辐射废锅出口、底部渣池以及附壁颗粒的粒径进行了采样分析。运用Realizable k-ε湍流模型和随机轨道模型分别对气相流场和颗粒运动轨迹进行了数值模拟。研究发现:Realizable k-ε湍流模型计算得到的气相流场结果与实验值吻合较好,辐射废锅内筒顶部存在一入口射流,射流沿流向逐渐衰减,气相流场在内筒底部趋于稳定;大部分颗粒直接被辐射废锅渣池捕集,少量细小颗粒被气流携带进入辐射废锅环隙或从出口逃逸;颗粒粒径越大、密度越高,颗粒的跟随性越差,出口颗粒的停留时间越长。