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不銹鋼攪拌設備如何進行CFD模擬?

發布時間:2018-01-30 16:12:18  瀏覽次數:

LDV僅僅提供了一些重要參數如排量準數、時均速度和脈動速度的分布等,而不能從本質上認識混合與流動,無法改變日前這種依靠經驗來放大的現狀。因此采用計算流體力學的方法,來模擬和預測不同幾何尺寸和操作條件的攪拌設備中詳細的流動和混合特性,是流體混合技術的發展趨勢。
攪拌設備內流動數值模擬目前應用最廣泛的是對攪拌器采用黑箱模型進行穩態分析,即由實驗測得攪拌器周圍虛構表面的速度場作為邊界條件或將槳葉對流體的作用看作流體動量的產生源。從數值計算來看,黑箱模型具有簡捷、方便等特點,能較準確地預報攪拌器在不同條件下的運動特性,但該方法需要實驗數據作為槳葉邊界條件,因此不能用于多相流體系的模擬。
CFD最重要的應用(也是CFD技術的最主要優點)是對流場的分析,可以明確在不同攪拌器的型式、尺寸、離底距離等條件下,流場對混合、懸浮和分散等過程的影響,即CFD流動、能量耗散等的計算可視化。從而使用戶可以直觀地了解釜內的混合情況,幫助用戶確定已存在系統中的問題,指導用戶進行攪拌器的優化設計,消除死區,確定加料口位置等。目前國外的專業混合設備公司己經利用CFD技術優化攪拌器的幾何尺寸,開發了第二代高效軸向流攪拌器。
CFD的另一個主要優點就是模型的設備大小無關性,一旦它們被驗證可以合理準確地描述攪拌反應器過程,就被用于放大,以預計放大后的棍合和反應性能。

攪拌設備

隨著CFD技術的發展,可壓縮性流體和一些簡單的非彈性粘性流體在商業軟件中已經可以模擬。目前多相流(尤其是氣-液體系)混合的CFD模擬也得到了長足發展,但與實際應用仍有相當距離。
電子過程斷層成像技術 電子過程斷層成像技術EPT是一種多相流體系的非接觸式的實時檢測和可視化技術,可以測量不透明介質的流場。
EPT的工作原理與醫學測試儀器中的CT相差不多。在被測攪拌釜或管道外壁等距離貼附一組8到16只傳感器一周,此傳感器為長方形不銹鋼電極片,既是發射器又是接收器。釜或管道內要有兩種具有不同電性能(電導率、電容率等)的物料(不同電導率的液體、氣體和固體、液體和固體),然后在有規律的電脈沖作用下,所有可能的相鄰傳感器組合的電壓通過數據采集單元傳送回計算機。計算機將記錄所有電極的信號和先后次序,并采用圖像重建技術還原出釜或管道橫截面的圖像,每秒可獲得高達100幀圖像。如果采用多組傳感器對不同高度進行斷層成像,則可在圖像重建技術的輔助下,建立釜或管道的三維圖像和實體造型。
EPT系統無輻射危險、價格便宜、易于制造,響應速度比CT快且可以滿足工業實時過程要求。但圖像解析度比CT要低。
由于EPT可以準確地測量出攪拌反應器中的流動區域、速度場、氣體和固體組分濃度分布,而這些數據可用于從空間和時間兩方面驗證多相體系的混合模型和CFD模型,因而EPT技術可直接用于優化攪拌器的設計和操作,隨著電子技術、圖像重建算法和計算機硬件的發展,EPT還將被用于過程的在線監測和控制。
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