不同转速下搅拌器混合效果数值模拟

的高径比例 ，一般工况下取值为 ｌ ～ １ ． ３ 。最 高可达到
６ Ｅ有 。
１ 一 搅 拌罐 ；２ 一 马达机 架 ；３ － 搅 拌轴
４ 一 上浆 叶 ；５ 一 下 桨叶 图１ 搅 拌 器结 构 示 意图
（ ２） 搅 拌 器桨 叶 与罐 底 之间 的距 离 。通 过探 究 这
两者 之 问 的距 离 讨 论其 对 搅拌 器 内流 场规 律 的 影 响 ，根 据 不 同的 工 作情 况 ，分 析探 究 不 同 的间 距可 以优 选 出缩 短 搅 拌 时 间 ， 同时还 可 以提 高混 浆 效 率 。通 过 查 阅文 献 ．针对 不 同的 工 况 条件 ，曲面 罐底 和 Ｖ 型罐 底 ，它 们 之 间最小 的 距 离为 为《 ） ． １ ６ ７ Ｄ和（ ｝ ． ２ ５ Ｄ 。 搅拌 器 内影 响 水泥 浆 混 合效 果 的 因 素有 很 多 ，主 要 有 ：① 搅 拌 器 内流 场 的 流动 规 律 ； ② 桨 叶 的 叶型 、以 及安 装 位 置 以及 搅 拌 轴的 转 速 ；③ 固 相 水泥 颗粒 的 直径 的 大 小 、形 状 ； ④ 液 相 的 密度 与 粘 度 ；⑤ 固 体 颗粒 所 占的体 积 分 数 。通 过 分 析搅 拌 罐 内 流体 流 动 规律 ，主 要探 究转 速对 搅 拌罐 内水泥 浆 混合 效 率的 影 响 ，从而 来 提高 搅拌 罐 的混 紫 性能 。
３ ６ 南 Ｉ Ｉ ：
２ ０ １ ７ 年・ 第１ ０ 期
搅拌 罐 内液一固两相 混合 搅拌 是为 了使 固相颗 粒能够离开底部 比较均 匀的悬浮于流
场 内部 ，从 而促 进液相 与 固相之 间的接触 ，最终达 到均匀 混合的 目的。通过对 罐 内流 场进行 建模后 ，把流场 网格模 型导／ ￣Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ 软件 中进 行数值模 拟仿真 ，探 究流场 内流 体 的运 动规律 与混合情 况 ，针 对转速对搅拌 罐 内混合效果 的影响进行 数值计算 ，最终
数 为０ ． ４ ５ 。
Ｆ Ｌ ＵＥ Ｎ Ｔ 中设 置 为条 件 为 ：采 用Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ ３ Ｄ 求 解器 ，开 启 重 力 加速 度 ，方 向为 轴 向 负
向 ，大小 为９ ． ８ １ ｍ ／ ｓ ；方程组 采用分散隐式求 解 ；采用ｋ 一￡模型和ｍｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ 模型 ；桨叶区处
２ 网格划 分 及 边界 条件 与 求解 方法
在 对 流场 进 行 模拟 之 前 ，需要 对 ｌ 删格进 行 划 分 ，网格 划 分 的好 坏 对模 拟 的 结 果有 很 大 的影 响。 ＝ 。因 为搅 拌器 内流 场比 较复 杂 属 于 多相 流 ，所 以在 网格 划分 时 既要 在 重要 区 域精 细 又要 兼顾 计 算机 计 算能 力 ，因 而把 搅拌 器 分成 了 ５ 个 部分 如 图２ 所示
图２搅 拌 器流 道 划分 结构 示 意 图
图３搅 拌 器流 道 网格 划 分示 意 图
搅拌桨叶４ 个 区 域 网 格 细化 且 设置 为转 动 ， 另一 部 分 网格 尺 寸 相 对 大 且 没 置 为静 止 ， ４ 个转动部分与静止 部分定义２ ４ 个 交界面ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ，作 为转 动 与静 止 区 域 界 面 问 的 数 据 传 递 ，其 网格 结构 如 图３ 所示 。
使水泥颗粒能在搅拌罐 内均 匀分布 。
现 如 今 搅拌 操 作 非常 广泛 地应 用在 很 多 工业 生 产 操 作 中 ，特 别是 在 以 混 合 、分 散 、悬 浮等 为 目的的过 程工 业 中 ，常 通 过搅 拌操 作达 到生 产 要求 …．通过 搅拌 器 桨叶 的 搅拌 作 垌 ，
。３ ７ 上平均
混 合物 密 度变 化如 图 ｌ ４ 所示。
通 过 数 值 模拟 分析 探 究 转 速 对 搅拌 器 混合 效 果 的 影 响 ．提
理方 法 采用 多参考 系模 型 ；速 度 一 压 力耦合 采用Ｓ Ｉ ＭＰ Ｌ Ｅ 算 法 、
搅拌器流道下方放置干灰 ．上方放置清水作为进行搅拌 的初始状态 ，根据固液两相之
问 的体 积 比计 算 出干 灰 的深 度 为５ ５ ０ ｍｍ。
技术创新
３ 探 究转 速对 搅 拌器 混合 效果
根据搅拌器的实际条件定义边界条件及求解方法” ，探究物系为水和水泥两相体 系，水
泥颗 粒 直 径 约 为 ２ （ ） ｍ，密度 为３ １ ５ ０ ｋ ｇ ／ ｍ’ ，粘度 为３ ０ ０ ｃ ｐ ，水 的 密度 为 １ ０ （ ） Ｉ ） ｋ ｇ ／ ｍ ，水 的 粘度为１ ． ０ ０ ３ ｃ ｐ ，最 终 得到 的 水 泥浆 密度 大 约 在２ ０ ０ ０ ｋ ｇ ／ ｍ ．通过 理 沦 汁算 固体 相 的 体 积 分
容器 内的固相颗粒能够比较分散的悬浮在流场内。由于搅拌器内存在转动部分 ．所以ｌ 捌井 水泥浆在搅拌浆叶和混浆罐共 同的影响下 ，在搅拌器流场内形成三维流动 搅拌器内多相
流流 场 比较 复 杂 ，具 有随 机性 与不确 定性 ，因 而对 流场 内多梢 流 的理 论 分析 不 容易 实现
１搅拌 设 备结 构及 影 响搅 拌 混合 效 果的 因素
如图 ｌ 所 示 为搅拌 器结 构 示 意 图 。对 于 搅拌 器 来 说 其 各个 部 分 的 结 构 对 水 泥 浆 混 合 效 果 有 很 大 的 影 响 。因 而 进 一 步 说 明 一 下 搅 拌 器 内各 个 不 同因 素 对 混 浆效 果 的影 响 。 （ １ ） 搅 拌 罐 又 称 搅拌 釜 ，是搅 拌 过 程 中承 载 物 料 的 装 置 。搅 拌 器 罐 体 的 形 状 主 要 是 圆 筒 形 的 ，通 过 现 场 的 操 作 工 况 以及 物 料 系数 来 确 定 搅 拌 器 罐 体